Лаборатория молекулярной биологии

Область научных интересов лаборатории

Исследование структурных особенностей внеклеточной ДНК в норме и при патологии и молекулярно-генетических механизмов  регуляции фрагментами ДНК  функциональной активности и архитектуры генома;

исследование биобезопасности различных наноматериалов и их влияния на транскрипционную активность генов ключевых сигнальных путей в культивируемых клетках человека и лабораторных животных. 

Исследования ведутся по темам НИР:

I. «Молекулярно-генетические механизмы регуляции функциональной активности генома и архитектуры хроматина клеток человека фрагментами внеклеточной ДНК в норме и при патологии».

В настоящее время в лаборатории изучаются свойства внеклеточной ДНК в норме, при различных заболеваниях (аутоиммунных, воспалительных, нейродегенеративных, психиатрических), при критических состояниях, при стрессе и при беременности. Показано, что при патологии значительно изменяются такие свойства внеклеточной ДНК, как концентрация в плазме крови, размеры фрагментов, содержание GC-богатых последовательностей, уровень окислительной модификации оснований.

Исследуется также биологическая активность внеклеточной ДНК. Моделирование in vitro процессов, происходящих при действии внеклеточной ДНК, позволяет исследовать изменение активности генов при патологии и выявить клеточные сигнальные пути, задействованные в развитии патологии. Показано, что в результате воздействия внеклеточной ДНК изменяется профиль экспрессии генов сигнальных путей, отвечающих за репарацию ДНК, адаптивный ответ и антиоксидантную активность в клетках.

Сотрудниками лаборатории был обнаружен молекулярный механизм, посредством которого клеточная популяция (или организм) отвечает на окислительный стресс. Основным «игроком» в изучаемом сигнальном каскаде является окисленная и/или CpG-обогащенная внеклеточная ДНК. Внеклеточная ДНК обладает способностью проникать в структуры клетки, сближенные с ядерной мембраной, и вызывать увеличение синтеза активных форм кислорода (АФК) в митохондриях. «Взрыв» синтеза АФК вблизи ядра вызывает окисление и образование разрывов ДНК ядер, а также развитие в клеточной популяции адаптивного ответа, направленного на выживание клеток, в том числе, и клеток с поврежденной ДНК. Этот процесс может приводить к перестройкам генома и к возникновению новых генетических вариантов. В настоящее время продолжаются исследования молекулярного механизма взаимодействия внеклеточной ДНК с клетками разного типа, проводится поиск рецепторов, через которые внеклеточная ДНК действует на клетки.

В лаборатории активно исследуется роль внеклеточной ДНК и нарушений транскриптома сигнальных путей в патогенезе шизофрении, аутизма, болезни Альцгеймера.

Продолжаются исследования роли последовательностей в составе внеклеточной ДНК в регуляции межклеточных взаимодействий при развитии адаптивного ответа раковых и нормальных клеток человека. Исследуются возможности снижения толерантности у клеток злокачественных опухолей к применяемой терапии с помощью геномного редактирования и малых интерферирующих РНК.

II. «Исследование влияния наносоединений на функциональную активность генов ключевых сигнальных путей в нормальных и раковых клетках человека и лабораторных животных».

Коллектив лаборатории проводит исследование влияния новых водорастворимых производных фуллеренов на функциональную активность генома клеток человека. Впервые описан механизм антиоксидантной активности фуллеренов: показано, что фуллерены, которые активно ингибируют активные формы кислорода, тем не менее, индуцируют в клетках человека окислительный стресс. Показано, что фуллерены могут изменять направление дифференцировки стволовых клеток. Помимо фуллеренов, исследуется влияние на клетки других гибридных материалов на основе «классических» углеродных аллотропных форм, в частности, графена и оксида графена. Из неорганических наносоединений, которые имеют перспективу стать фармпрепаратами, изучаются наночастицы СеО2 относительно их воздействия на транскрипционную активность генов разных сигнальных путей в клетках человека.

В лаборатории продолжаются исследования в рамках гранта РНФ «Роль рибосомных генов в этиологии и патогенезе шизофрении. Прогностическое значение свойств комплекса рибосомных генов больного в ответе на терапию шизофрении» (18-15-00437)

При выполнении проекта исследована структурно-функциональная организация рибосомных генов (рДНК) больных шизофренией в сравнении с рибосомными генами психически здоровых людей: определены вариабельность общего количества копий рДНК в геномах, уровни метилирования различных участков рДНК, повреждения рДНК, экспрессии генов рРНК (количество рРНК). Свойства комплекса рибосомных генов сопоставлены с клиническими формами шизофрении, с эффективностью ответа организма больного на терапию. Для характеристики общих свойств генома клеток больных шизофренией исследована вариабельность трех повторов – митохондриальной ДНК (маркер количества митохондрий), теломерного повтора (маркер уровня окислительного стресса и старения) и сателлита III(1q12) (оценка нестабильности генома). На первичных клетках и на культурах клеток больных и здоровых людей, на нейронах мозга крысы исследовано действие ряда применяемых в отечественной психиатрии антипсихотических средств на свойства комплекса рибосомных генов. В настоящее время проводятся исследования вариабельности рибосомного повтора и сателлита III в структурах мозга (post mortem) больных шизофренией.

В лаборатории проводятся исследования по двум прикладным темам НИР: «Поиск новых молекулярно-генетических маркеров патологии беременности» (рук. Костюк С.В.), в рамках которой разрабатывается технология: «Разработка предиктивного диагностикума патологии беременности на основе характеристик внеклеточной ДНК» и «Исследование оксидативного статуса при заболеваниях, сопровождающихся окислительным стрессом» (рук. Проскурнина Е.В.), в рамках которой исследуются показатели системного и локального метаболизма активных форм кислорода при злокачественных новообразованиях.

2. Ershova, E.S. Copy number variation of human satellite III (1q12) with aging / E.S. Ershova, E.M. Malinovskaya, M.S. Konkova, R.V. Veiko, P.E. Umriukhin, A.V. Martynov, S.I. Kutsev, N.N. Veiko, S.V. Kostyuk // Front Genet. – 2019. – Aug 7;10:704. doi:3389/fgene.2019.00704.
3. Ershova, E.S. Copy number variation of satellite III (1q12) in patients with schizophrenia / E.S. Ershova, O.N. Agafonova, N.V. Zakharova, L.V. Bravve, E.M. Jestkova, V.E. Golimbet, T.V. Lezheiko, A.Y. Morozova, A.V. Martynov, R.V. Veiko, P.E. Umriukhin, G.P. Kostyuk, S.I. Kutsev, N.N. Veiko, S.V. Kostyuk // Front Genet. – 2019. Doi: 10.3389/fgene.2019.01132.
4. Malinovskaya, E.M. Ribosomal DNA as DAMPs signal for MCF7 cancer cells / E.M. Malinovskaya, E.S. Ershova, N.A. Okorokova, V.P. Veiko, M.S. Konkova, E.A. Kozhina, E.A. Savinova, L.N. Porokhovnik, S.I. Kutsev, N.N. Veiko, S.V. Kostyuk // Front Oncol. – 2019. – May 30; 9:445. doi: 10.3389/fonc.2019.00445.
5. Kostyuk, S.V. Increased transfection of the easily oxidizable GC-rich DNA fragments into the MCF7 breast cancer cell / S.V. Kostyuk, N.N. Mordkovich, N.A. Okorokova, V.P. Veiko, E.M. Malinovskaya, E.S. Ershova, M.S. Konkova, E.A. Savinova, M.A. Borzikova, T.A. Muzaffarova, L.N. Porokhovnik, N.N. Veiko, S.I. Kutsev // Oxid Med Cell Longev. – 2019. – Feb 5;2019:2348165. doi: 10.1155/2019/2348165.
6. Kozhina, E.A. Extracellular DNA containing (dG)n motifs penetrates into MCF7 breast cancer cells, induces the adaptive response, and can be expressed / E.A. Kozhina, E.S. Ershova, N.A. Okorokova, V.P. Veiko, E.M. Malinovskaya, V.A. Sergeeva, M.S. Konkova, S.I. Kutsev, N.N. Veiko, S.V. Kostyuk // Oxidative Medicine and Cellular Longevity. –V. 2019. DOI: 10.1155/2019/7853492.
7. Sergeeva, V. Antioxidant properties of fullerene derivatives depend on their chemical structure: a study of two fullerene derivatives on HELFs / V. Sergeeva, O. Kraevaya, E. Ershova, L. Kameneva, E. Malinovskaya, O. Dolgikh, M. Konkova, I. Voronov, A. Zhilenkov, N. Veiko, P. Troshin, S. Kutsev, S. Kostyuk // Oxid Med Cell Longev. – 2019. – Jan 17;2019:4398695. doi: 10.1155/2019/4398695.
8. Kraevaya, O.A. Diversion of the Arbuzov reaction: alkylation of C-Cl instead of phosphonic ester formation on the fullerene cage / O.A. Kraevaya, A.S. Peregudov, S.I. Troyanov, I. Godovikov, N.E. Fedorova, R.R. Klimova, V.A. Sergeeva, L.V. Kameneva, E.S. Ershova, V.M. Martynenko, S. Claes, A.A. Kushch, S.V. Kostyuk, D. Schols, A.F. Shestakov, P.A. Troshin // Org Biomol Chem. – 2019. – V. 17, № 30. – P. 7155-7160. doi: 10.1039/c9ob00593e.
9. Porokhovnik, L.N. Dosage effects of human ribosomal genes (rDNA) in health and disease / L.N. Porokhovnik, N.A. Lyapunova // Chromosome Res. – 2019. – V. 27, № 1-2. – P. 5-17. doi: 10.1007/s10577-018-9587-y.
10. Ershova, E.S. Accumulation of circulating cell-free CpG-enriched ribosomal DNA fragments on the background of high endonuclease activity of blood plasma in schizophrenic patients / E.S. Ershova, E.M. Jestkova, A.V. Martynov, G.V. Shmarina, P.E. Umriukhin, L.V. Bravve, N.V. Zakharova, G.P. Kostyuk, D.V. Saveliev, M.D. Orlova, M. Bogush, S.I. Kutsev, N.N. Veiko, S.V. Kostyuk // Int J Genomics. – 2019. – Aug 5;2019:8390585. doi: 10.1155/2019/8390585.
11. Filev, A.D. Oxidized cell-free DNA role in the antioxidant defense mechanisms under stress / A.D. Filev, G.V. Shmarina, E.S. Ershova, N.N. Veiko, A.V. Martynov, M.A. Borzikova, A.A. Poletkina, O.A. Dolgikh, V.P. Veiko, A.A. Bekker, A.V. Chirkov, Z.N. Volynshchikov, A.S. Deviataikina, D.M. Shashin, V.K. Puretskiy, V.J. Tabakov, V.L. Izhevskaya, S.I. Kutsev, S.V. Kostyuk, P.E. Umriukhin // Oxid Med Cell Longev. – 2019. – Jul 8; 2019:1245749. doi: 10.1155/2019/1245749.
12. Konkova, M.S. Oxidized cell-free DNA is a factor of stress signaling in radiation-induced bystander effects in different types of human cells / M.S. Konkova, A.A. Kaliyanov, V.A. Sergeeva, M.S. Abramova, S.V. Kostyuk // Int J Genomics. – 2019. – Aug 19; 2019:9467029. doi: 10.1155/2019/9467029.
13. Porokhovnik, L. Ribosomal DNA-connecting ribosome biogenesis and chromosome biology / L.  Porokhovnik, J.L. Gerton // Chromosome Res. – 2019. – V. 27, № 1-2. – P. 1-3. doi: 10.1007/s10577-018-9601-4.
14. Porokhovnik, L. Individual copy number of ribosomal genes as a factor of mental retardation and autism risk and severity / L. Porokhovnik // Cells. – 2019. – Sep 26;8(10). pii: E1151. doi: 10.3390/cells8101151.
15. Konkova, M.S. 1Q12 loci movement in the interphase nucleus under the action of ROS is an important component of the mechanism that determines copy number variation of satellite III (1q12) in health and schizophrenia / M.S. Konkova, E.S. Ershova, E.A. Savinova, E.M. Malinovskaya, G.V. Shmarina, A.V. Martynov, R.V. Veiko, N.V. Zakharova, P. Umriukhin, G.P. Kostyuk, V.L. Izhevskaya, S.I. Kutsev, N.N. Veiko, S.V. Kostyuk //  Front. Cell Dev. Biol.  – 2020. – 8:386. doi: 10.3389/fcell.2020.00386
16. Ershova, E.S. Copy number variations of satellite III (1q12) and ribosomal repeats in health and schizophrenia / E.S. Ershova, E.M. Malinovskaya, V.E. Golimbet, T.V. Lezheiko, N.V. Zakharova, G.V. Shmarina, R.V. Veiko, P.E. Umriukhin, G.P. Kostyuk, S.I. Kutsev, V.L. Izhevskaya, N.N. Veiko, S.V. Kostyuk // Schizophr Res. – 2020. – V. 223. – P. 199-212. doi:10.1016/j.schres.2020.07.022
17. Shmarina, G.V. Oxidized cell-free DNA as a stress-signaling factor activating the chronic inflammatory process in patients with autism spectrum disorders / G.V. Shmarina, E.S. Ershova, N.V. Simashkova,  S.G. Nikitina, J.M. Chudakova, N.N. Veiko, L.N. Porokhovnik, A.Y. Basova, A.F. Shaposhnikova, D.A. Pukhalskaya, V.M. Pisarev, N.J. Korovina, N.L. Gorbachevskaya, O.A. Dolgikh, M. Bogush, S.I. Kutsev, S.V. Kostyuk // J Neuroinflammation. – 2020. – 212. https://doi.org/10.1186/s12974-020-01881-7
18. Aliev, G. Neurophysiology and psychopathology underlying PTSD and recent insights into the PTSD therapies – a comprehensive review / G. Aliev, N.M. Beeraka, V.N. Nikolenko, A.A. Svistunov, T. Rozhnova, S. Kostyuk, I. Cherkesov, L.V. Gavryushova, A.A. Chekhonatsky, L.M. Mikhaleva, S.G. Somasundaram, M.F. Avila-Rodriguez, C.E. Kirkland  // J. Clin. Med. – 2020. – V. 9. – P. 2951. https://doi.org/10.3390/jcm9092951
19. Proskurnina, E.V. Antioxidant potential of antiviral drug umifenovir / E.V. Proskurnina, D.Y. Izmailov, M.M. Sozarukova, T.A. Zhuravleva, I.A. Leneva, A.A. Poromov // Molecules. – 2020. – V. 25, № 7. – P. 1577. doi:10.3390/molecules25071577
20. Portnova, G.V. Effects of EEG examination and ABA-therapy on resting-state EEG in children with low-functioning autism / G.V. Portnova, O. Ivanova, E.V. Proskurnina // AIMS Neurosci. – 2020. – V. 7, № 2. – P. 153-167. doi:10.3934/Neuroscience.2020011 
21. Sozarukova, M.M. CeO2 nanoparticles as free radical regulators in biological systems / M.M. Sozarukova, E.V. Proskurnina,  A.E. Baranchikov, V.K. Ivanov // Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. – 2020. – V. 11, № 3. – P. 324-332. DOI: 10.17586/2220-8054-2020-11-3-324-332
22. Portnova, G.V. Perceived pleasantness of gentle touch in healthy individuals is related to salivary oxytocin response and EEG markers of arousal / G.V. Portnova, E.V. Proskurnina, S.V. Sokolova, I.V. Skorokhodov, A.A. Varlamov // Exp Brain Res. – 2020. V. 238. – P. 2257-2268. https://doi.org/10.1007/s00221-020-05891-y
23. Kostyuk, S.V. Effects of functionalized fullerenes on ROS homeostasis determine their cytoprotective or cytotoxic properties / S.V. Kostyuk, E.V. Proskurnina, E.A. Savinova, E.S. Ershova, O.A. Kraevaya, L.V. Kameneva, P.E. Umryukhin, O.A. Dolgikh, S.I. Kutsev, P.A. Troshin, N.N. Veiko // Nanomaterials (Basel). – 2020. – V. 10, № 7. – P. 1405. doi:10.3390/nano10071405
24. Kraevaya, O.A. Water-soluble fullerene-based nanostructures with promising antiviral and myogenic activity / O.A. Kraevaya, A.V. Novikov, A.F. Shestakov , E.S. Ershova, E.A. Savinova, L.V. Kameneva, N.N. Veiko, D. Schols, J. Balzarini, S.V. Kostyuk, P.A. Troshin // Chem Commun (Camb). – 2020. – V. 56, № 70. – P. 10203-10206. doi:10.1039/d0cc03928d
25. Mikheev, I.V. Non-functionalized fullerenes and endofullerenes in aqueous dispersions as superoxide scavengers / I.V. Mikheev, M.M. Sozarukova, E.V. Proskurnina, I.E. Kareev, M.A. Proskurnin // Molecules. –  2020. – V. 25, № 11. – P. 2506. doi:10.3390/molecules25112506
26. Savinova, E.A. Antioxidant properties of a new water-soluble fullerene C70 derivative / E.A. Savinova, E.S. Ershova, O.A. Kraevaya, P.A. Troshin, S.V. Kostyuk // Key Engineering Materials. – 2020. – V. 854. – P. 223-229. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.854.223
27. Filev, A.D. The effect of valproic acid on the transcriptional activity of Ngf and Bdnf genes of in vitro cultured neurons under oxidative stress conditions / A.D. Filev, E.S. Ershova, E.A. Savinova, N.N. Veiko, P.E. Umriukhin, S.V. Kostuk // International Journal of Biology and Biomedical Engineering. – 2021. – V.15. doi: 10.46300/91011.2021.15.45.
28. Mikheev, I.V. Antioxidant potential of aqueous dispersions of fullerenes C60, C70, and Gd@C82 / I.V. Mikheev, M.M. Sozarukova, D.Y. Izmailov, I.E. Kareev, E.V. Proskurnina, M.A. Proskurnin //  International Journal of Molecular Sciences. – 2021. – V.22, №11 (5838). doi: 10.3390/ijms22115838.
29. Kostyuk, S.V. The phosphonate derivative of C60 fullerene induces differentiation towards the myogenic lineage in human adipose-derived mesenchymal stem cells / S.V. Kostyuk, E.V. Proskurnina, E.S. Ershova, L.V. Kameneva, E.M. Malinovskaya, E.A. Savinova, V.A. Sergeeva, P.E. Umriukhin, O.A. Dolgikh, E.A. Khakina, O.A. Kraevaya, P.A. Troshin, S.I. Kutsev, N.N. Veiko // International Journal of Molecular Sciences. – 2021. V.22 (17). – № 9284. doi: 10.3390/ijms22179284.
30. Proskurnina, E.V. Effects of aqueous dispersions of C60, C70 and Gd@C82 fullerenes on genes involved in oxidative stress and anti-inflammatory pathways / E.V. Proskurnina, I.V. Mikheev, E.A. Savinova, E.S. Ershova, N.N. Veiko, L.V. Kameneva, O.A. Dolgih, I. Rodionov, M.A. Proskurnin, S.V. Kostuk // International Journal of Molecular Sciences. – 2021. – V.22, №11 (6130). doi: 10.3390/ijms22116130.
31. Sozarukova, M.M. Prooxidant potential of CeO2 nanoparticles towards hydrogen peroxide / M.M. Sozarukova, E.V. Proskurnina, V.K. Ivanov // Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. – 2021. – V.12, N.3. – P.283-290. doi: 10.17586/2220-8054-2021-12-3-283-290.
32. Sozarukova, M.M. New facets of nanozyme activity of ceria: lipo- and phospholipoperoxidase-like behaviour of CeO2 nanoparticles / M.M. Sozarukova, E.V. Proskurnina, A.L. Popov, A.L. Kalinkin,  V.K. Ivanov // RSC Adv. – 2021. – V. 11. – P.35351-35360. doi: 10.1039/D1RA06730
33. Filev, A.D. Oxidized cell-free DNA skews early the transcriptional profile of brain cells toward boosting the neurogenesis and neuroplasticity / A.D. Filev, S.V. Kostyuk, P.E. Umriukhin, V.M. Pisarev. // Brain Sciences. – 2021. – V. 43, № 3. – P. 1583-1591. doi: 10.3390/cimb43030112.
34. Filev, A.D. Effect of xenon treatment on gene expression in brain tissue after traumatic brain injury in rats / A.D. Filev, D. Silachev, I.A. Ryzhkov, K.N. Lapin, A.S. Babkina, O.A. Grebenchikov, V.M. Pisarev // Brain Sciences. – 2021. – V.11, № 7(889). doi: 10.3390/brainsci11070889.
35. Porokhovnik, L.N. The role of human satellite III (1q12) copy number variation in the adaptive response during aging, stress, and pathology: a pendulum model / L.N. Porokhovnik, N.N. Veiko, E.S. Ershova, S.V. Kostyuk, // Genes. – 2021. – V. 12. – 1524. Doi: 10.3390/genes12101524.
36. Proskurnina, E.V. Touch-induced emotional comfort results in an increase in the salivary antioxidant potential: A correlational study / E.V. Proskurnina, S.V. Sokolova, G.V. Portnova // Psychophysiology. – 2021. – V. 58, № 9ю – e13854. doi: 10.1111/psyp.13854.
37. Proskurnina, E. Chemiluminescence analysis of saliva for the assessment of emotional stress in autistic children undergoing a medical examination / E. Proskurnina, G. Portnova, M. Ivanova, S. Sokolova // Advances in Autism. – 2021. – ahead of print. doi: 10.1108/AIA-06-2021-0026

1. Шубаева Наталья Олеговна - диссертация «Молекулярно-генетические характеристики рибосомных генов и процессы гибели клеток у больных ревматоидным артритом» (кандидат биологических наук, специальность 03.00.26 «Молекулярная генетика», 2004).
2. Костюк Светлана Викторовна - диссертация «Фрагменты рибосомных генов человека в составе внеклеточной ДНК: факторы стресс-сигнализации» (кандидат биологических наук, специальность 03.00.15 «Генетика», 2007).
3. Малиновская Елена Михайловна - диссертация «Изменения комплекса рибосомных генов человека в процессе естественного и репликативного старения» (кандидат биологических наук, специальность 03.00.15 «Генетика», 2008).
4. Конькова Марина Сергеевна - диссертация «Внеклеточная ДНК – фактор сигнализации при радиационном эффекте свидетеля» (кандидат биологических наук, специальность 03.02.07 «Генетика», 2011).
5. Алексеева Анна Юрьевна – диссертация «Влияние внеклеточной ДНК на функциональную активность клеток эндотелия»(кандидат биологических наук, специальность 03.02.07 «Генетика», 2013).
6. Костюк Светлана Викторовна - диссертация «Роль внеклеточной ДНК в функциональной активности генома человека» (доктор биологических наук, специальность 03.02.07 «Генетика», 2014).
7. Честков Илья Валерьевич - диссертация «Исследование вариабельности числа копий рРНК-кодирующих генов и митохондриальной ДНК в геноме пациентов с шизофренией», (кандидат биологических наук, специальность 03.02.07 «Генетика», 2018).
8. Сергеева В.А. - диссертация «Влияние новых производных фуллерена С60 на активность генома МСК, фибробластов человека и раковых клеток линии MCF7», (кандидат биологических наук, специальность 03.02.07 «Генетика», 2019).
9. Филев А.Д. - диссертация «Исследование роли внеклеточной ДНК в регуляции транскриптома сигнальных путей в нейронах при окислительном стрессе» (кандидат медицинских наук, специальность 03.02.07 «Генетика», 2021).
10. Кальянов А.А.  - диссертация «Исследование молекулярного механизма действия малых доз радиации на функциональную активность генов стволовых клеток человека» (кандидат биологических наук, специальность 03.02.07 «Генетика», 2021).

1. Коммерсантъ наука. Сколько человеку нужно рибосом для долгой жизни. Костюк С.В.
2. «Дни без турникетов» в рамках фестиваля науки NAUKA 0+. Костюк С.В., Малиновская Е.М., Мартынов А.В., Кальянов А.А.
3. Ученые открыли новые грани биологической активности неорганических энзимов. М.М.Созарукова, Е.В.Проскурнина, А.Л.Калинкин, В.К.Иванов.
4. Выявлены новые грани биологической активности неорганических энзимов. М.М.Созарукова, Е.В.Проскурнина, А.Л.Калинкин, В.К.Иванов.
5. Новые грани биологической активности неорганических энзимов. М.М.Созарукова, Е.В.Проскурнина, А.Л.Калинкин, В.К.Иванов.
6. У оксида церия обнаружили два новых типа ферментоподобной активности. М.М.Созарукова, Е.В.Проскурнина, А.Л.Калинкин, В.К.Иванов.