Лаборатория физико-химических основ регуляции биологических систем

Вернуться назад

Заведующий лабораторией:к.б.н. Голощапов Александр Николаевич

Телефон отдела:8 (495) 938-05-61

Почта:golan@sky.chph.ras.ru

Комната:

Основные направления работы лаборатории были определены её первым руководителем профессором Е.Б. Бурлаковой, под руководством которой была открыта физико-химическая система регуляции гомеостаза липидов и перекисного окисления липидов мембран (ПОЛ) в норме, выявлены нарушения и разрывы связей в этой системе при развитии таких патологий, как опухолевый рост, лучевая болезнь, отравления и др. На основании многочисленных исследований антиоксидантов, применяемых в широком интервале концентраций, разных по строению, химическому составу и свойствам были созданы основы антиоксидантной терапии тех патологических состояний, которые протекали на изменённом уровне свободнорадикальных реакций, и в свою очередь, нормализовались при введении антиоксидантов в соответствующих дозах, восстанавливающих нормальную работу регуляторной системы ПОЛ.

Профессор Е.Б. Бурлакова по праву считается одним из основоположников нового научного направления – антиоксидантной фармакотерапии. Многие антиоксиданты, созданные в нашем Институте, уже включены Фармкомитетом Российской Федерации в Перечень жизненно необходимых и важнейших лекарственных препаратов класса лекарств-антиоксидантов (дибунол, эмоксипин, мексидол). Важнейшим достижением лаборатории последних лет является завершение многолетнего комплексного клинического исследования разработанного в ИБХФ РАН антиоксидантного средства ФЕНОЗАН, в результате которого в сотрудничестве с российской фармацевтической компанией ООО «ПИК ФАРМА» создан новый отечественный лекарственный препарат ДИБУФЕЛОН® (капсулы 200 мг). По результатам проведенного комплексного клинического исследования установлена эффективность, безопасность и хорошая переносимость препарата ДИБУФЕЛОН®, применяемого в составе комбинированной противоэпилептической терапии. В 2019 году препарат внесен в Государственный реестр лекарственных средств (ЛП-005332 от 31.01.2019). По данным компании ООО «ПИК ФАРМА», препарат появится в аптеках в начале 2020 года.

В настоящее время в лаборатории работает 24 научные сотрудника, из них 4 доктора и 16 кандидатов наук. Научно-исследовательская работа сотрудниками лаборатории проводится по двум темам: «Природные и синтетические антиоксиданты. Синтез, кинетические характеристики, механизм действия в системах различной степени сложности, синергизм, специфическая активность, прикладные проблемы. Моделирование взаимодействия антиоксидантов с биологическими структурами» и «Исследование особенностей действия малых и сверхмалых доз биологически активных веществ (природных и синтетических антиоксидантов, пептидов, биостимуляторов, лекарственных веществ) на биообъекты различного уровня организации».

Эффект биологически активных веществ (БАВ) и антиокcидантов в сверхмалых дозах (СМД) был зафиксирован в нашей лаборатории на большом количестве различных моделей как in vivo, так и in vitro, в предыдущее десятилетие. Исследования последних лет были направлены на выяснение возможных механизмов данного явления, исходя из предположения о том, что в роли одной из критических мишеней могут выступать клеточные и субклеточные мембраны. Было изучено действие ряда БАВ в широком интервале концентраций на различные биологические мембраны (плазматические, микросомы, синаптосомы) и липосомы, приготовленные из суммарных экстрактов липидов этих мембран.

Группой исследователей под руководством д.б.н. Н.П. Пальминой (д.б.н. Е.Л. Мальцева, к.б.н. В.В. Белов, к.б.н. В.Е. Жерновков, к.х.н. Н.Г. Богданова, к.б.н. Т.Е. Часовская) было установлено, что изменения ряда характеристик биомембран в зависимости от концентрации БАВ имеют принципиально одинаковые закономерности, несмотря на различия в составе и физико-химических свойствах мембран, их функциональных особенностей. Таким образом, эффект БАВ в сверхмалых дозах (< 10-9М) имеет универсальный характер. На примере фенозана калия-ФК показано, что препарат в одинаковой степени и в тех же концентрациях изменяет микровязкость глубоко лежащих и упорядоченность поверхностных слоёв липидов как в биологических мембранах естественного происхождения, так и в липосомах, приготовленных из липидных экстрактов этих мембран. Следовательно, именно липиды являются мишенью действия БАВ в СМД.

Принципиальную роль в механизме действия «мнимых» концентраций БАВ (10-18-10-25 М) играет полярность растворителя (воды). Сравнительное изучение эффектов полярных (спирто-водных) и неполярных (в вазелиновом масле) растворов альфа токоферола (α-ТФ) в широком диапазоне концентра­ций (10-4-10-25 М) на вязкостные характеристики различных областей мембран показало, что неполярные растворы α-ТФ не проявляют эффекта СМД. Это заключение было подтверждено и исследованиями разбавленных растворов α-ТФ и тиролиберина (ТРГ) методом ИК-спектроскопии с применением нового типа ИК-спек­трометра – аппаратно-про­граммного ком­плекса ИКАР, проведёнными совместно с Тверской Медицинской Академией, где был разработан этот комплекс. (Н.П. Пальмина, В.В. Белов, В.Е. Жерновков, Г.М. Зубарева). Для объяснения наблюдаемых эффектов были использованы идеи супрамолекулярной химии, развивающиеся в Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра Российской Академии наук под руководством академика А.И. Коновалова, в которых рассматриваются способы образования, размеры и физико-химические свойства так называемых «наноассоциатных» комплексов БАВ с молекулами воды, существенным образом изменяющиеся в зависимости от степени разбавления растворов БАВ. Недавно этой группой учёных было установлено, что образование «наноассоциатов» в интервале СМД зависит от наличия естественного магнитного поля. Наши совместные эксперименты по изучению разбавленных растворов α-ТФ, ФК, ТРГ, приготовленных в условиях экранирования магнитного поля Земли, и их влиянию на различные биологические мембраны показали отсутствие изменения структуры мембран под действием таких растворов, в то время как аналогичные растворы, приготовленные в обычных лабораторных условиях, такой эффект проявляли. Эти эксперименты подтвердили научный постулат - «нет электромагнитных полей – нет наноассоциатов – нет биологического эффекта» (Н.П. Пальмина, Т.Е. Часовская, В. В. Белов, Е.Л. Мальцева, В.Е. Жерновков, И.С. Рыжкина, Л.И. Муртазина, Ю.В. Киселева, А.И. Коновалов).

Последнее десятилетие ознаменовано всплеском интереса к расширению круга природных антиоксидантов. В частности, в мировой литературе всё больше внимания уделяется изучению антиоксидантных свойств различных природных экстрактов и масел. В нашей лаборатории к.б.н. Л.Д. Фаткуллиной и к.б.н. А.К. Воробьёвой совместно с д.х.н. Т.А. Мишариной были количественно определены антирадикальные характеристики 13 эфирных масел экстракта имбиря и проведен сравнительный анализ их антирадикальной активности в зависимости от состава. Обнаружено синергическое влияние тимола и карвакрола, являющихся основными компонентами эфирных масел тимьяна, чабера и орегано. Эфирное масло орегано явилось эффективным ингибитором автоокисления полинасыщенных жирных кислот in vitro. Эфирные масла гвоздики, орегано или лимона в смеси с экстрактом имбиря, принимаемые мышами систематически на протяжении 6 месяцев, проявляли свойства биоантиоксидантов: повышали устойчивость печени и мозга к окислению, а также модулировали систему антиоксидантных ферментов печени животных. Эфирное масло орегано сохраняло высокий уровень важной для когнитивных функций докозагексаеновой жирной кислоты в мозге стареющих мышей. Обнаружено, что эфирные масла орегано и чабера являются перспективными противоопухолевыми агентами. 

Одной из патологий, в развитии которой существенную роль играет окислительный стресс и нарушения в работе регуляторной системы ПОЛ, является такое нейродегенеративное заболевание как болезнь Альцгеймера (БА). Основные изменения, определяющие тенденции болезни, связаны с изменением состава липидов, процесса ПОЛ, структуры мембран и активности мембраносвязанных ферментов. На основе проведенных исследований для лечения БА были предложены антиоксиданты из класса ИХФАНов, которые существенно изменяют активность такого важного фермента, как ацетилхолинэстераза (работы в.н.с., к.б.н. Елены Михайловны Молочкиной). Важная особенность нейродегенеративных заболеваний (НДЗ) заключается в том, что их первые клинические симптомы возникают только после дегенерации большей части специфических нейронов и отражают уже необратимое поражение мозга. Поэтому особое внимание было уделено изучению структуры и функций клеточных мембран на стадиях, предшествующих проявлению клинических симптомов НДЗ, с целью выявить их особенности по сравнению с «нормой» и продвинутыми стадиями заболеваний. Объектами исследования были: эритроциты крови людей с мягким когнитивным снижением, которое рассматривается как преклиническая стадия болезни Альцгеймера; эритроциты крови людей, страдающих невритом зрительного нерва, который считается начальным проявлением рассеянного склероза; эритроциты мышей на позднем досимптомном этапе и на ранней стадии с выраженными симптомами экспериментальной болезни Паркинсона (токсическая модель).

Проведенные на клиническом материале и в эксперименте исследования позволили установить, что на досимптомных и очень ранних стадиях развития НДЗ имеют место существенные отличия некоторых параметров клеточных мембран эритроцитов (структуры, активности мембраносвязанных ферментов) как характерных для «нормы», так и присущих выраженной форме НДЗ. Наиболее информативным «мембранным маркером» оказалась микровязкость липидного бислоя. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования изученных показателей для идентификации стадий и диагностики НДЗ (к.б.н. Л.Д. Фаткуллиной, к.б.н. Е.М. Молочкиной, к.б.н. Ю.А. Трещенковой, к.х.н. Л.Г. Наглер, к.х.н. А.И. Козаченко)

В экспериментах in vivo было показано, что нейропротекторы димебон и NT-1505 существенно изменяют структурное состояние мембран синаптосом и микросом, выделенных из тканей мозга мышей (с.н.с., к.б.н. А.Н. Голощапов, н.с. Н.Ю. Герасимов, м.н.с. О.В. Неврова). Методом ЭПР с использованием спинового зонда было обнаружено, что через 15 суток ежедневного введения димебон приводил к появлению дополнительного термоиндуцированного фазового перехода, т.е. к существенному изменению структуры липидного слоя в мембранах синаптосом. Совместно с к.ф.-м.н. А.В. Кривандиным методом рентгено-дифракционного анализа было установлено, что нейропротектор NT-1505 существенно влияет на структуру мембран синаптосом как в физиологических, так и в сверхмалых дозах. Полученные результаты свидетельствуют о том, что структура мембран играет важную роль в развитии БА, и, принимая во внимание эти структурные изменения, можно глубже понять течение деменции и значительно улучшить терапию болезни. 

Как уже указывалось выше, одной из общих стадий развития ряда патологических состояний является окислительный стресс. Поэтому в лаборатории проводятся комплексные исследования по изучению влияния различных стрессовых воздействий на функциональное состояние митохондрий растительных и животных организмов, их предотвращению с помощью антиоксидантов. Д.б.н. И.В. Жигачёвой установлена взаимосвязь между функциональным состоянием митохондрий растительного и животного происхождений и устойчивостью организмов к действию стрессовых факторов. Стрессовые воздействия, смещая антиоксидантно - прооксидантное равновесие в сторону увеличения содержания активных форм кислорода в клетке, приводят к активации ПОЛ, вызывающей модификацию клеточных мембран и мембран органелл, в первую очередь митохондрий, что приводит к их дисфункции. Показано наличие тесной корреляции между антиоксидантными свойствами препаратов, функциональным состоянием митохондрий и защитой растений и животных от стрессовых воздействий. Впервые найдена четкая корреляция между содержанием ненасыщенных жирных кислот с 18 и 20 углеродными атомами и устойчивостью растительных организмов к действию абиотических стрессовых факторов (И.В. Жигачева, Т.А. Мишарина, М.Б. Теренина, Н.И. Крикунова). И.В. Жигачёвой разработана модель «старения» митохондрий, основанная на активации ПОЛ в результате инкубации митохондрий растительного или животного происхождения в гипотонической солевой среде. На модели «старения» митохондрий выявлены эффективные протекторные концентрации следующих препаратов в условиях окислительного стресса: ФК, анфен натрия, мелафен, пирафен и амбиол, герматран, 1-(хлорметил) силатан (мивал) и N-ацетилцистеинат-2-этил-6-метил-3-гидроксипиридина. В настоящее время мелафен и амбиол, повышающие устойчивость сельскохозяйственных культур к окислительному стрессу, успешно прошли полевые испытания и разрешены к применению в сельскохозяйственной практике. 

Одной из характеристик окислительного стресса является набухание митохондрий. Для регистрации этого явления и других морфологических изменений клеток и клеточных органелл в лаборатории используется метод атомно-силовой микроскопии (АСМ). В последние годы этим методом были выявлены статистически достоверные морфологические изменения в клеточных (эритроциты) и субклеточных (митохондрии растений) структурах при различных воздействиях, включая действие антиоксидантов и регуляторов роста растений, а также изучено образование наноструктур супрамолекулярных комплексов, моделирующих активные центры металл содержащих ферментов Ni ( или Fe)-ARD Ациредуктон Диоксигеназ (д.б.н. Е.М. Миль, к.б.н. В.И. Бинюков, к.б.н. А.А. Албантова, д.б.н. И.В. Жигачева, д.х.н. Л.И. Матиенко, к.б.н. А.Н. Голошапов). Обнаружено увеличение размерных параметров и набухание митохондрий разных фракций (способное привести к программированной клеточной смерти - апоптозу) при стрессовых воздействиях, которое предотвращалось действием антиоксидантов и стимуляторами роста растений. Методом АСМ обнаружены изменения функционального состояния эритроцитов мышей при гликолитическом голодании и в процессе опухолевого роста после трансплантации карциномы Льюис. Прослежено изменение морфологии эритроцитов и их размерных параметров при введении мышам in vivo водных растворов антиоксидантов ФК и анфена натрия в большом диапазоне концентраций. Актуальность таких исследований связана с тем, что ФК введен в медицинскую практику как противосудорожный препарат и стимулятор репарационных процессов в клетках.

При определенных условиях антиоксиданты (АО) могут проявлять не только антиоксидантные свойства, но и инициировать апоптотические явления. В связи с этим было необходимо оценить влияние АО на содержание белков апоптозного ряда. Методом иммуноблоттинга было определено содержание одних из основных белков митохондриального пути апоптоза белка- регулятора р53 и антиапоптозного белка Вcl-2 . Изучение АО из класса пространственно затрудненных фенолов (фенозан калия (ФК) и анфен натрия), показало различие путей их воздействия на молекулярные мишени апоптоза. Так, ФК вызывал усиление индукции антиапоптозного белка Вcl-2 и р53 в клетках селезенки, что согласуется с известными репарационными и противовоспалительными свойствами указанного препарата. С другой стороны обнаружено, что анфен натрия, оказался перспективным противоопухолевым препаратом, вызывающим торможение опухолевого процесса саркомы 37 и апоптоз в клетках карциномы Льюис, который начинался со снижения уровня антиапотозного белка Вcl-2 в суспензии опухолевых клеток и в селезенке здоровых белых мышей (д.б.н. Е.М. Миль, к.б.н. В.Н. Ерохин, к.б.н. В.И. Бинюков, к.б.н. А.А. Албантова, к.б.н. А.Н. Голощапов.).

Важным направлением лаборатории является исследование действия гидрофильных и гидрофобных биологически активных веществ (БАВ): метилксантинов и их аналогов, мелафена, фенозана и его производных (фенозан калия и ИХФАНы) в широком диапазоне концентраций (разведений) на структуру и функции разного уровня организации экспериментальных объектов - модельных и биологических (с.н.с., к.б.н. О.М. Алексеева). Используя метод ДСК и метод малоугольного рентгеновского рассеяния было выяснено, что экзогенные синтетические (мелафен и ФК) и природные (метилксантины и их аналоги) вещества могут использоваться, как регуляторы активностей природных объектов при воздействии на уровне липидных и белковых компонентов клеток (с.н.с., к.б.н. О.М. Алексеева, совместно с к.ф.-м.н. А.В. Кривандиным и н.с. О.В. Шаталовой). Сывороточные альбумины при действии БАВ изменяют структуру клеток и свои адсорбирующие и транспортные свойства. Мультиламеллярные липосомы могут использоваться, как переносчики биологически активных веществ, и температура переходов из жидко-кристаллического состояния в гелиевое может регулироваться БАВ, что важно для формирования нанопор и понимания структуры биомембран при охлаждении и нагревании. Изменения структуры цитоскелета под действием веществ также будет оказывать влияние на функционирование клетки. Полученные результаты позволяют увидеть дальнейшие перспективы в регуляции структуры клеточных объектов и их компонентов, что приведет к возможности регуляции функций.

Значительную роль в развитии окислительного стресса, в частности, при действии малых доз радиации играет система глютатиона и его превращений. К.б.н. Г.Ф. Иваненко проводилась оценка данной системы при окислительном стрессе, вызванном действием радиации низкой интенсивности в малых и больших дозах в плазме крови у людей после аварии на ЧАЭС, у профессионалов-атомщиков, в течение длительного времени контактировавших с источниками ионизирующего излучения (в среднем 26 лет) и подвергшихся хроническому облучению. Исследование влияния радиации низкой интенсивности на статус глутатиона в плазме крови у людей показало, что трипептид тиоловый глутатион (GSH) играет важную роль в ряде физиологических функций, связанных с его как антиоксидантными, так и прооксидантными свойствами. Обнаружена нелинейная зависимость величины эффектов ионизирующей радиации от дозы у популяции людей в диапазоне доз от 0,1 сЗв до 150 сЗв. Разнообразные по своей природе внешние факторы при действии на организм человека вызывают однотипную ответную реакцию тиолдисульфидной системы, изменение её окислительно-восстановительного состояния. При хроническом облучении ионизирующей радиацией в малых и больших дозах буферная емкость антиоксидантов становится избыточной или патологически снижается, в таких случаях возможны оксидативные повреждения с развитием окислительного стресса. 

Одним из активно развивающихся разделов биофизики является создание магнитных микроразмерных частиц для биомедицины. В лаборатории разработаны новые подходы в получении магнитных частиц субмикронного и нано-диапазонов (к.б.н. Л.Х. Комиссарова). Были синтезированы субмикронные частицы магнетита, которые обнаружили высокую сорбционную эффективность к высокомолекулярным соединениям (гемоглобин). Впервые получены железо-углеродные композиты (диаметр частиц 0,5-0,9 мкм) с высокой сорбционной эффективностью к низкомолекулярным соединениям (барбитураты). Полученные частицы использовались в качестве магнита управляемых сорбентов для экстракорпоральной детокситации организма. На основе синтезированных наночастиц магнетита были получены магнитолипосомы биосовместимого размера. Л.Х. Комиссаровой и аспирантом Н.А. Марнаутовым проведено изучение биораспределения магнитолипосом методом ЭПР in vivo на мышах с карциномой Льюис, которое показало, что при внутривенном введении преимущественное накопление препарата магнитолипосом наблюдается в печени и опухоли. Концентрация магнитолипосом в селезенке, легких, сердце и почках в десятки раз меньше. Воздействие внешнего магнитного поля на область опухоли приводит к двукратному возрастанию концентрации магнитолипосомального препарата в опухоли, что позволяет создать депо препарата, нагруженного цитостатином, в клетках опухоли и существенно понизить кардио- и нефротоксичность лекарственного средства. 

Полученные магнитолипосомы могут быть рекомендованы в качестве носителей для адресной доставки лекарственных средств, в первую очередь противоопухолевых. Методом МРТ были обнаружены высокие показатели контрастирующих свойств магнитолипосом, превосходящие известные МРТ-концентрации препараты. Таким образом, полученные магнитолипосомы могут рассматриваться в качестве перспективных тераностических агентов для диагностики (МРТ-визуализация) и терапии опухолей. На базе полученных результатов в Институте создано общество с ограниченной ответственностью «МАГНИТОСОРБ» (ООО «МАГНИТОСОРБ») под руководством Л.Х. Комиссаровой. Целью ООО «МАГНИТОСОРБ» является разработка и внедрение в медицинскую практику методов экстракорпоральной детоксикации биологических жидкостей, основанных на использования магнитных сорбентов, полученных импульсным пиролизом целлюлозосодержащего сырья в присутствии соединений железа.

На основании многочисленных исследований различных антиоксидантов были созданы основы антиоксидантотерапии тех патологических состояний, болезней, которые протекали на повышенном уровне свободнорадикальных реакций и нормализовались при введении антиоксидантов. Было также показано, что антиоксиданты способны предотвращать помутнение хрусталика и тормозить процессы свободно-радикального окисления белков хрусталика. Катаракта (помутнение хрусталика) является основной причиной ослабления и потери зрения в мире. Количество больных в мире, страдающих катарактой оценивается в 20 миллионов, для сравнения больных с различными патологиями сетчатки в 6 раз меньше. Несмотря на впечатляющие успехи офтальмохирургии в лечении катаракты остается актуальным развитие методов консервативного лечения заболевания. Во многих случаях операция по замене хрусталика противопоказана пациенту. Очевидно, что создание новых лекарственных средств для лечения и профилактики катаракты невозможно без глубокого понимания процессов, лежащих в основе возникновения и помутнения хрусталика. Исследования группы под руководством в.н.с., д.б.н. К.О. Муранова направлены на решение этой глобальной проблемы.

Ранее считалось, что механизм образования катаракты зависит от этиологической причины заболевания, а именно, с возрастом возникает старческая катаракта, работники имеющие дело с источниками радиоактивного излучения, например, кардиохирурги, страдают радиационной катарактой, а у больных диабетом возникает диабетическая катаракта. Однако исследования, проведенные участниками исследовательской группы К.О. Муранова, показали, что вне зависимости от этиологической причины в основе образования катаракты лежит единый механизм (Муранов и др., 2009, 2010, 2011; Шеремет и др., 2012; Муранов и др., 2012; Муранов и Островский, 2013). Воздействие катарактогенного фактора вызывает повреждение ядерного аппарата клеток эпителия хрусталика, что приводит к их гибели. Целостность эпителиального слоя, который в норме препятствует проникновению кислорода внутрь хрусталика, нарушается, и кислород начинает поступать в хрусталик. Повышение концентрации кислорода нарушает процесс формирования волоконных клеток, в результате в хрусталике появляются клетки, содержащие митохондрии. Митохондрии в присутствии кислорода вырабатывают его активные формы, которые повреждают белки хрусталика, вызывая их денатурацию и агрегацию – возникает катаракта.

В научной группе К.О. Муранова развивается новое направление в предупреждении развития катаракты – торможение процесса агрегации поврежденных белков с помощью экзогенных низкомолекулярных соединений (дипептидов). В результате экспериментальных исследований совместно с врачами-офтальмологами был разработан новый класс антикатарактальных препаратов – шапероноподобные препараты (Муранов и др., 2008; Соустов и др., 2009; Муранов и др., 2010). Действие предложенного препарата – смеси дипептида N- ацетил карнозина и пантетина – аналогично действию специального белка хрусталика – альфа-кристаллина. Альфа-кристаллин предупреждает агрегацию поврежденных белков в здоровом хрусталике. Текущие исследования группы под руководством К.О. Муранова направлены на выяснение структурно-функциональной роли альфа-кристаллина в хрусталике. Следует отметить, что работы К.О. Муранова, Н.Б. Полянского с соавторами «Молекулярный механизм взаимодействия альфа-кристаллина и УФ поврежденного альфа l-кристаллина» и «3D структура альфа-кристаллина из хрусталика глаза» заняли первое и второе место, соответственно, в конкурсах научных работ имени Елены Борисовны Бурлаковой 2018 и 2019 года.

Большое внимание в лаборатории уделяется изучению геронтологических проблем. Контроль над старением может стать возможным только на основе понимания первичных механизмов старения. Работы геронтологов лаборатории (к.ф.-м.н. А.В. Кременцова, к.б.н. В.Б. Мамаев, к.б.н. А.В. Халявкин, к.б.н. А.М. Оловников) ориентированы именно на эту цель. 

Проводится теоретический анализ факторов, препятствующих обновлению тканей организма стволовыми клетками Возрастная инволюция тимуса оценена как проявление развития, а не старения. Обоснована новая концепция генетики пола, согласно которой дуплеты половых хромосом (гоносом) формируются из наборов не двух их типов (Х и Y), а из трех – X, Y и XY. Концепция может оказаться в дальнейшем важной для понимания причины разницы в продолжительности жизни (ПЖ) между полами (к.б.н. А.В. Халявкин.)

На базе ранее разработанной теломерной теории лауреат Демидовской премии, к.б.н. А.М. Оловников выдвинул идею об использовании в морфогенезе копий некоторых сегментов хромосомной ДНК как самостоятельных молекул. Это вылилось в создание хронографической теории развития и старения, утверждающей, что молчащие сегменты ДНК конститутивного гетерохроматина временно активируются, чтобы служить матрицами для внехромосомных, но внутриядерных, линейных ДНК-ампликонов (хрономер и принтомер). В нейронах хрономеры отвечают за контроль биовозраста, а в митотических клетках принтомеры могут участвовать в сохранении памяти о достигнутой специализации. Концы всех ампликонов защищены теломеро-подобными буферами, или акромерами, длина которых значительно короче, чем длина теломер. Поэтому принтомера, утратив акромеру, будет разрушена задолго до исчерпания теломер. Лишившись принтомер и их РНК, клетки начнут стареть, сохраняя еще довольно длинные теломеры. В этом суть ответа на нерешенный вопрос современной клеточной биологии - почему укорочение теломер ведет к клеточному старению задолго до исчезновения теломер. 

Поскольку старение есть универсальный, эндогенный, разрушительный биопроцесс, приводящий к увеличению вероятности смерти с возрастом, большое внимание в группе геронтологии уделяется всестороннему изучению динамики смертности разных биологических видов (работы к.ф.-м.н. А.В. Кременцовой). Анализ демографических данных по 17 странам за 2,5 века позволил, с учетом общих закономерностей смертности, сделать прогноз о принципиальном биологическом лимите средней продолжительности жизни (ПЖ) людей, равным примерно 100 лет. Оцененные закономерности смертности людей и лабораторных видов животных носят универсальный характер. В рамках модели популяционного старения Гомпертца выявлен нелинейный характер зависимости между величинами средней ПЖ и дисперсии. Показано, что наличие и знак корреляции между характеристиками распределения ПЖ определяются численными значениями параметров распределения для каждого биологического вида и местом локализации характеристик распределения на параметрической плоскости. Применяемые математические методы анализа позволяют выявлять не только универсальные закономерности, но и отклонения от них при различных воздействиях (геропротекторы, диета, изменение экологических условий, генетические манипуляции и пр.). 

Аналогичные подходы использует к.б.н. В.Б. Мамаев в ретроспективном анализе смертности на примере популяций Финляндии. На основе анализа результатов общегосударственной профилактики, в частности, с использованием селена, удалось выявить резкое снижение смертности от сердечно-сосудистых заболеваний и замедление темпа старения мужчин в условиях ранней профилактики. Полученные результаты целесообразно распространить на прилежащие территории РФ, почвы которых, как и в Финляндии, имеют критически низкий уровень селена. Это позволило бы продлить активную жизнь населения России.

Сотрудники лаборатории ежегодно участвуют в работе конференций и симпозиумов (международных и российских), публикуют статьи в ведущих отечественных и высокорейтинговых зарубежных журналах, в сборниках, участвуют в работе диссертационных советов, ведут научно-педагогическую работу, входят в международные руководящие организации, в редколлегии ряда российских и иностранных журналов, читают научно-популярные лекции и курсы для студентов и аспирантов, выступают в федеральных печатных изданиях (теле-, радио- СМИ).

Как итог научно-исследовательской работы сотрудников лаборатории в области химии и биологической активности антиоксидантов за последнее десятилетие, в 2019 году в издательстве Apple Academic Press выходит коллективная монография «Антиоксиданты в системах различной сложности. Химические, биохимические и биологические аспекты» под редакцией д.х.н. Л.Н. Шишкиной, к.б.н. А.Н. Голощапова и к.б.н. Л.И. Вайсфельд. В книге рассматриваются вопросы синтеза и физико-химических свойств антиоксидантов в химических и биохимических модельных системах, биологической активности и химической кинетики антиоксидантов, представлены результаты практического применения антиоксидантов в хозяйственной деятельности. Следует отметить, что Лариса Ильинична Вайсфельд внесла большой вклад в подготовку и издание этой книги, а также целого ряда книг, обобщающих опыт применения химических мутагенов (в частности, фосфемида) для создания генетического и биотического разнообразия сельскохозяйственных культур в растениеводстве.

Сотрудники лаборатории

Голощапов Александр Николаевич
Голощапов Александр Николаевич
к.б.н.
Телефон:
+7 (495) 938-05-61
E-mail
golan@sky.chph.ras.ru