Факторы, участвующие в поддержании редокс-баланса клетки, как мишени для антибактериальной терапии

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 17-74-30030

НазваниеФакторы, участвующие в поддержании редокс-баланса клетки, как мишени для антибактериальной терапии

Руководитель Миронов Александр Сергеевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук , г Москва

Конкурс №25 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-208 - Молекулярная биология

Ключевые слова активные формы серы, сероводород, активные формы кислорода, окислительный стресс, редокс-баланс клетки, фактор терминации транскрипции Rho, стволовые клетки, Drosophila melanogaster, антибактериальные препараты, ферменты синтеза сероводорода, E.coli, B. subtilis, старение.

Код ГРНТИ34.15.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Поддержание нормального редокс-гомеостаза в клетках является залогом их жизнеспособности. Накопленные к настоящему времени данные свидетельствуют о том, что редокс-баланс обеспечивают активные формы серы (АФС), поддерживая восстановительные условия внутри клетки. Наиболее изученным представителем АФС является сероводород, H2S, который, наряду с окисью азота и углерода, проявляет свойства сигнальной молекулы и выполняет у эукариот функции регулятора кровяного давления, нейротрансмиттера, иммуномодулятора и анти-апоптозного агента, а также оказывает противовоспалительное действие при инфекциях желудочно-кишечного тракта [1]. В бактериальных клетках АФС также выполняют разнообразные защитные функции. Несмотря на обилие данных о функциональной роли АФС в клетках, практически отсутствуют данные о молекулярных механизмах их взаимодействия со своими биологическими мишенями. Целью настоящего проекта является выявление генетического контроля синтеза АФС и установление роли этих соединений в защите от окислительного стресса и поддержании редокс-статуса клетки с использованием в качестве моделей бактерий, плодовой мушки Drosophila melanogaster, нейрональных клеточных культур млекопитающих, а также стволовых клеток мышей. Важным прикладным аспектом настоящего проекта является создание антибактериальных препаратов, усиливающих действие широкого спектра антибиотиков путем ингибирования ферментов, ответственных за генерацию сероводорода у бактерий. Создание принципиально новых антибактериальных препаратов или повышение эффективности существующих, является актуальной научной задачей, поскольку проблема возникновения устойчивости к противомикробным препаратам, включая антибиотики, является одной из самых серьезных опасностей, с которыми человечество столкнулось в последнее десятилетие. Основанием для разработки антибактериальных препаратов в настоящем проекте являются результаты нашей работы показавшей, что у бактерий H2S осуществляет защитную функцию против многих антибиотиков [2]. Мы проведем поиск специфических ингибиторов бактериальных ферментов, ответственных за эндогенный синтез этого газа. Применение таких ингибиторов повысит эффективность действия широкого круга антибиотиков в лечении инфекций, обусловленных резистентными формами патогенов. Комплементарным подходом, к ингибированию бактериальных ферментов, ответственных за синтез H2S, является ингибирование фактора терминации транскрипции Rho, что, как было показано [3], приводит к подавлению бактерий. Научная новизна проекта заключается в том, что в результате его реализации будут выявлены и охарактеризованы новые гены-мишени, белковые факторы и метаболиты, которые позволят разработать антибактериальные препараты нового поколения, а также усилить эффективность применения традиционных антибиотиков. С другой стороны, экспериментальное модулирование уровня АФС определяет сохранение нормального редокс-баланса в клетках у высших организмов и имеет важное значение в поддержании их жизнедеятельности и защите от окислительного стресса. В рамках проекта планируется решить следующие основные задачи: 1. Выявить особенности генетического контроля генерации H2S у модельных бактерий E.coli и B.subtilis с целью создания новых антибактериальных препаратов. 2. Создать прототипы лекарственных препаратов, направленных на подавление бактериального фактора терминации транскрипции Rho c помощью пептидомиметиков. 3. Осуществить функциональный анализ генов, вовлеченных в образовании активных форм серы в геноме эукариотических организмов. 1. Kimura H. (2014) Production and physiological effects of hydrogen sulfide. Antioxid. Redox Signal. 20, 783-793. 2. Shatalin K., Shatalina E., Mironov A., Nudler E. (2011) H2S: A Universal Defense against Antibiotics in Bacteria. Science 334, 986-990. 3. Botella L., Vaubourgeix J., Livny J., Schnappinger D. (2017) Depleting Mycobacterium tuberculosis of the transcription termination factor Rho causes pervasive transcription and rapid death. Nature Commun. 8, 14731.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Морозов А.В., Карпов В.Л. Biological consequences of structural and functional proteasome diversity Heliyon, 4, 10, e00894 (год публикации - 2018)
10.1016/j.heliyon.2018.e00894

2. Юринская М., Морозов А., Астахова Т., Винокуров М., Карпов В., Евгеньев М. Cytoprotective effects of hydrogen sulfide and its influence on proteasome activity FEBS OPEN BIO, Том: 8, Стр.: 404-404, Приложение: 1, номер P.18-052 (год публикации - 2018)
10.1002/2211-5463.12453

3. Петрушанко И.Ю., Мельникова Е.В., Юринская М.М., Винокуров М.Г., Сусликов А.В., Митькевич В.А., Макаров А.А. Влияние донора сероводорода GYY4137 на активацию нейтрофилов человека липополисахаридами E. сoli Молекулярная биология (год публикации - 2019)
10.1134/S0026898419010130

4. Серегина Т., Нагорных М., Шакулов Р., Миронов А. Interplay between hydrogen sulfide production, L-cysteine transport and bd-I cytochrome oxidase function in E. coli FEBS OPEN BIO, Том 8, Стр.: 357-357, Приложение: 1, аннотация к встрече: P.13-012-W (год публикации - 2018)
10.1002/2211-5463.12453

5. Серегина Т.А., Нагорных М.О., Лобанов К.В., Шакулов Р.С., Миронов А.С., Новая роль транскрипционного фактора СysB в деградации цистеина и образовании сероводорода Генетика, том 54, № 11, с. 1237–1244 (год публикации - 2018)
10.1134/S0016675818110140

6. Андреева Н.В., Зотов К.В., Юсупов В.И., Белявский А.В. Донор сероводорода NaHS защищает мезенхимальные стволовые и меланомные клетки от негативного воздействия инфракрасного лазерного излучения. Молекулярная биология, том 53 (год публикации - 2019)

7. Шапошников М., Прошкина Е., Коваль Л., Земская Н., Жаворонков А., Москалев А. Overexpression of CBS and CSE genes affects lifespan, stress resistance and locomotor activity in Drosophila melanogaster Aging-US, Volume 10, Issue 11, pp 3260—3272 (год публикации - 2018)
10.18632/aging.101630

8. Шапошников М.В., Земская Н.В., Коваль Л.А., Щеголева Е.В., Жаворонков А., Москалев А.А. Effects of N-acetyl-L-cysteine on lifespan, locomotor activity and stress-resistance of 3 Drosophila species with different lifespans Aging-US, Volume 10, Issue 9, pp 2428—2458 (год публикации - 2018)
10.18632/aging.101561

9. Карпов Д.С., Спасская Д.С., Надолинская Н.И., Тютяева В.В., Лысов Ю.П., Карпов В.Л. Mechanisms of proteasome- and yRpn4-dependent yeast resistance to DNA oxidative damage caused by 4-nitroquinoline-1-oxide FEBS Open Bio, Том: 8 Стр.: 357-358 Приложение: 1 Аннотация к встрече: P.13-013-M (год публикации - 2018)
10.1002/2211-5463.12453

10. Серегина Т.А., Петрушанко И.Ю., Мельникова Е.В., Нагорных М.О., Шакулов Р.С., Митькевич В.А., Миронов А.С. The gmhA gene is involved in the regulation of redox balance in Escherichia coli cells FEBS Open Bio, том 9, стр. 176 (год публикации - 2019)
10.1002/2211-5463.12675

11. Мельникова Е.В., Петрушанко И.Ю., Серегина Т.А., Нагорных М.О., Митькевич В.А., Макаров А.А., Миронов А.С. H2S role in redox-regulation of E. coli bacteria cells FEBS Open Bio, том 9, стр.178 (год публикации - 2019)
10.1002/2211-5463.12675

12. Каткова-Жукоцкая О.А., Еремина С.Ю., Шакулов Р. С., Миронов А.С. Выращивание Caenorhabditis elegans на газоне бактерий Escherichia coli, дефектных по синтезу терминальных оксидаз bo' и bd-I, увеличивает продолжительность жизни нематод Генетика, том 55, №12, стр.1-4 (год публикации - 2019)
10.1134/S0016675819120063

13. Карпов Д.С., Гринева Е.Н., Киселева С.В., Челарская Е.С., Спасская Д.С., Карпов В.Л. Rpn4-ПОДОБНЫЙ БЕЛОК Candida glabrata КОМПЛЕМЕНТИРУЕТ ДЕЛЕЦИЮ ГЕНА RPN4 У Saccharomyces cerevisiae Молекулярная биология, том 53, вып. 2, стр. 274-281 (год публикации - 2019)
10.1134/S002689841902006X

14. Карпов Д.С., Домашин А.И., Котлов М.И., Осипова П.Д., Киселева С.В., Серегина Т.А., Гончаренко А.В., Миронов А.С., Карпов В.Л., Поддубко С.В. БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ ШТАММА Bacillus subtilis 20 Молекулярная биология, том 54, №1, стр.1-9 (год публикации - 2020)
10.1134/S0026898420010085

15. Москалев А.А., Шапошников М.В., Земская Н.В., Коваль Л.А., Щеголева Е.В., Гуватова З.Г., Краснов Г.С., Соловьев И.А., Шептяков М.А., Жаворонков А., Кудрявцева А.В. Transcriptome Analysis of Long-lived Drosophila melanogaster E(z) Mutants Sheds Light on the Molecular Mechanisms of Longevity. Scientific Report, том 9, 9151 (год публикации - 2019)
10.1038/s41598-019-45714-x

16. Москалев А.А., Гуватова З.Г., Шапошников М.В., Лашманова Е.А., Прошкина Е.Н,, Коваль Л.А., Жаворонков А., Кудрявцева А.В. The Neuronal Overexpression of Gclc in Drosophila melanogaster Induces Life Extension With Longevity-Associated Transcriptomic Changes in the Thorax. FRONTIERS IN GENETICS, том 10, номер статьи 149 (год публикации - 2019)
10.3389/fgene.2019.00149

17. Гуватова З.Г., Марусич Е.И., Пудова Е., Кудрявцева А.В., Москалев А.А. Antioxidant properties and geroprotective activity of fucoxanthin on human lung fibroblasts FEBS OPEN BIO, том 9, стр.299-300 (год публикации - 2019)

18. Карпов Д.С., Спасская Д.С., Надолинская Н.И., Тютяева В.В., Лысов Ю.П., Карпов В.Л. Deregulation of the 19S proteasome complex increases yeast resistance to 4-NQO and oxidative stress via upregulation of Rpn4- and proteasome-dependent stress responsive genes FEMS Yeast Research, Том 19, выпуск 2, номер статьи foz002 (год публикации - 2019)
10.1093/femsyr/foz002

19. Миронов А., Серегина Т., Шаталин К., Нагорных М., Шакулов Р., Нудлер Е. CydDC functions as a cytoplasmic cystine reductase to sensitize Escherichia coli to oxidative stress and aminoglycosides PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, Том 117, Выпуск 38, Стр. 23565-23570 (год публикации - 2020)
10.1073/pnas.2007817117

20. Гуватова З., Далина А., Марусич Е., Пудова Е., Снежкина А., Краснов Г., Кудрявцева А., Леонов С., Москалев А. Protective effects of carotenoid fucoxanthin in fibroblasts cellular senescence MECHANISMS OF AGEING AND DEVELOPMENT, Том 189, Номер статьи 111260 (год публикации - 2020)
10.1016/j.mad.2020.111260

21. Шилова В., Зацепина О., Заклута А., Карпов Д., Чувакова Л., Гарбуз Д., Евгеньев М. Age-dependent expression profiles of two adaptogenic systems and thermotolerance in Drosophila melanogaster CELL STRESS & CHAPERONES, Том: 25 Выпуск: 2 Стр.: 305-315 (год публикации - 2020)
10.1007/s12192-020-01074-4

22. Зацепина О., Карпов Д., Чувакова Л., Резвых А., Фуников С., Сорокина С., Заклута А., Гарбуз Д., Шилова В., Евгеньев М. Genome-wide transcriptional effects of deletions of sulphur metabolism genes in Drosophila melanogaster. REDOX BIOLOGY, Том 36, Номер статьи 101654 (год публикации - 2020)
10.1016/j.redox.2020.101654

23. Евгеньев М., Френкель А. Possible application of H2S-producing compounds in therapy of coronavirus (COVID-19) infection and pneumonia CELL STRESS & CHAPERONES, Том 25, Выпуск 5, Стр.713-715 (год публикации - 2020)
10.1007/s12192-020-01120-1

24. Юринская М.М., Краснов Г.С., Куликова Д.А., Зацепина О.Г., Винокуров М.Г., Чувакова Л.Н., Резвых А.П., Фуников С.Ю., Морозов А.В., Евгеньев М.Б. H2S counteracts proinflammatory effects of LPS through modulation of multiple pathways in human cells INFLAMMATION RESEARCH, Том 69, Выпуск 5, Стр 481-495 (год публикации - 2020)
10.1007/s00011-020-01329-x

25. Гарбуз Д.Г., Зацепина О.Г., Евгеньев М.Б. Основной стрессовый белок человека (Hsp70) как фактор белкового гомеостаза и цитокин-подобный регулятор Молекулярная биология, том 53, номер 2, стр.200-217 (год публикации - 2019)
10.1134/S0026893319020055

26. Бубис Ю.А., Спасская Д.С., Горшков В.А., Кьелдсен Ф., Кофанова А.М., Леканов Д.С., Горшков М.В., Карпов В.Л., Тарасова И.А., Карпов Д.С. Rpn4 and proteasome-mediated yeast resistance to ethanol includes regulation of autophagy APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY, Том 104, Выпуск 9, Стр 4027-4041 (год публикации - 2020)
10.1007/s00253-020-10518-x

27. Евгеньев М., Бобкова Н., Краснов Г., Гарбуз Д., Фуников С., Кудрявцева А., Куликов А., Самохин А., Мальцев А., Нестерова И. The Effect of Human HSP70 Administration on a Mouse Model of Alzheimer's Disease Strongly Depends on Transgenicity and Age JOURNAL OF ALZHEIMERS DISEASE, Том 67, Выпуск 4, Стр.1391-1404 (год публикации - 2019)
10.3233/JAD-180987

28. Карпов Д.С., Осипова П.Д., Домашин А.И., Поляков Н.Б., Соловьев А.И., Зубашева М.В., Жуховицкий В.Г., Карпов В.Л., Поддубко С.В., Новикова Н.Д. Сверхустойчивость штамма Bacillus licheniformis 24 к окислительному стрессу ассоциирована со сверхэкспрессией генов ферментативной антиоксидантной системы. Молекулярная биология, Том 54, № 5, с. 858–871 (год публикации - 2020)
10.1134/S0026893320050040

29. Юринская М.М., Гарбуз Д.Г., Афанасьев В.Н., Евгеньев М.Б., Винокуров М.Г. Действие донора сероводорода GYY4137 и белка HSP70 на активацию клеток SH-SY5Y липополисахаридам Молекулярная биология, том 54, №6, стр.1018-1028 (год публикации - 2020)
10.31857/S0026898420060142

30. Хао Чж., Эпштейн В., Ким К., Прошкин С., Светлов В., Камартхапу В., Бхарати В., Миронов А., Вальц Т., Нудлер Е. Pre-Termination Transcription Complex: Structure and Function Molecular Cell (год публикации - 2021)
10.1016/j.molcel.2020.11.013

Публикации