Центральным направлением наших исследований является использование синтетической биологии для исследований редокс-регуляции нейронов и других клеток, а также для разработки молекулярных инструментов для оптогенетики и метаболической инженерии.

Живые системы отличаются направленным транспортом электронов через редокс пары. В каждой живой клетке электроны транспортируются от первичных источников (пища) к акцепторам (молекулярный кислород и другие терминальные акцепторы, строительные блоки макромолекул). Транспорт идет через систему редокс пар, некоторые из которых, как например NADH/NAD+ or NADPH/NADP+, выступают в роли «электронной валюты», депонируя электроны и обслуживая реакции окисления и восстановления. В свою очередь, молекулярный кислород не только служит терминальным акцептором электронов в дыхательных цепях, но и выступает глобальным регулятором метаболических и сигнальных процессов посредством активных форм кислорода. Не будет преувеличением сказать, что состояние редокс пар и концентрация и локализация редокс-мессенджеров регулируют все процессы в клетке.

Один из главных вопросов в наших исследованиях: как ключевые АФК и редокс-пары (например H2O2, NADP+/NADPH) регулируют функционирование нейронов. Особый интерес в этой области представляет селективный мониторинг и модуляция редокс-процессов в синапсах. Мониторинг редокс-регуляции осуществляется с помощью направленной экспрессии генетически кодируемых сенсоров в пре- и постсинаптических терминалях нейронов. Модуляция осуществляется с помощью инструментов метаболической инженерии, для которых также возможна синаптическая локализация. Разрабатываемые нами молекулярные инструменты метаболической инженерии основаны на ферментах из бактерий, архей и дрожжей, использующих субстраты, нехарактерные для клеток позвоночных. Экспрессируя эти ферменты в различных модельных объектах, от культивируемых нейронов до животных (рыба Danio rerio, мышь), в комбинации с генетически кодируемыми флуоресцентными сенсорами, мы пытаемся понять редокс-регуляцию нейронов.

Другим направлением наших исследований является разработка новых подходов оптогенетической стимуляции нейронов. Нами используются термочувствительные катионные каналы из змей для термогенетической активации нейронов с помощью ИК-лазеров. Каналы семейства TRP имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными для оптогенетики каналородопсинами: гораздо более высокая проводимость, активация ИК-излучением, гораздо глубже проникающим в ткань по сравнению с видимым светом. Каналы TRPA1 из змей успешно используются нами для активации нейронов в культуре и для управления поведенческими реакциями рыбы Danio.

Нами разрабатываются новые методы микроскопии сверхвысокого разрешения, позволяющие наблюдать за динамикой сигнальных процессов в клетках. До недавнего времени субдифракционная микроскопия позволяла наблюдать лишь за структурой внутриклеточных филаментов и других надмолекулярных комплексов. Нам впервые удалось использовать биосенсор в качестве флуорофора для сверхразрешающей микроскопии (Mishina et al, Nano Letters 2015). Это позволило получить информацию об истинных размерех микродоменов пероксида водорода в клетке. В настоящее время мы тестируем еще ряд подходов к извлечению информации о динамических процессах из субдифракционных изображений.

Научные проекты

Загрузка...

Белоусов Всеволод Вадимович

Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 — На карте