Роль Na+,K+-АТФазы в функционировании клеток и проведении сигналов

Руководитель группы – ведущий научный сотрудник, д.б.н. О.Д. Лопина

Поддержание неравновесного распределения Na+ и K+ между цитоплазмой и внеклеточной средой является основой функционирования любой клетки животного. Диссипация градиента этих ионов, создаваемого работой Na,K-ATPазы, в ответ на различные стимулы (например, гипоксия, воспаление, изменение осмолярности внеклеточной среды) влияет на процессы транскрипиции и трансляции. Предполагается, что изменение транскрипции генов, вызванное увеличением соотношения [Na+]i/[K+]i, обусловлено изменением [Ca2+]i за счет работы Na/Ca-обменника и/или потенциал-зависимых Ca-каналов. Однако наши работы по изучению изменения транскриптома разных типов клеток (HeLa, HUVEC, RVSMC, C2C12) в ответ на ингибирование Na,K-ATPазы в присутствии вне- и внутриклеточных хелаторов Ca2+ показали, что нагрузка клеток хелаторами Ca2+ увеличивает, а не уменьшает количество генов, экспрессия которых изменяется в ответ на ингибирование Na,K-АТРазы. В поисках альтернативных подходов для выяснения механизма регуляции транскрипции Na+i-чувствительных генов мы использовали ингибиторы Са2+-чувствительных сигнальных систем. В этих работах было установлено, что увеличение экспрессии некоторых генов в клетках, обработанных уабаином, не зависит от присутствия ингибиторов потенциал-зависимых Са-каналов и Na/Ca-обмена, а также антагонистов кальмодулина и ингибиторов Ca2+/кальмодулин-зависимых протеинкиназ и фосфатаз. Эти данные свидетельствует об участии Ca2+i-независимых механизмов в регуляции транскрипции генов, экспрессия которых изменяется при ингибировании Na,K-АТРазы и действии других стимулов, приводящих к увеличению [Na+]i. В настоящий момент группа занимается изучением этих механизмов, используя широкий спектр методов и подходов, таких как культивирование клеток животных, атомно-абсорбционная спектрометрия, изотермическая калориметрия титрования, а также ряд молекулярно-биологических и иммунохимических методов.

Исторически группа возникла в начале 90-х годов XX века, отделившись от группы, руководимой профессором А.А. Болдыревым, предметом исследования которой были механизмы функционирования ион-транспортирующих АТРаз. Первоначально исследовались три таких АТPазы: Na,K-АТРаза, H,K-АТРаза слизистой оболочки желудка (под руководством О.Д. Лопиной) и Са-АТРаза саркоплазматического ретикулума (под руководством А.М. Рубцова). По мере понимания механизмов работы этих ферментов тема исследования изменилась, и мы перешли на изучение боле глобальных биологических проблем, таких как изучение сигнальных каскадов и регуляции экспрессии генов.

Выпускники, сделавшие дипломные работы и кандидатские диссертации в нашей группе, работают в настоящее время в ведущих научно-исследовательских центрах Российской Федерации, таких как Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта, Всероссийский кардиологический центр, ряд университетов США, Канады, Великобритании и Германии. Некоторые из них сменили род деятельности и работают в качестве исследователей в крупных биотехнологических компаниях.

Группа работает на кафедре биохимии в комнатах 136, 138, 167. Руководитель группы – Лопина Ольга Дмитриевна, ведущий научный сотрудник, доктор биологических наук, профессор. Под ее руководством защищено 10 кандидатских диссертаций. Работа коллектива на протяжении последних 20 лет финансировалась грантами Российского Фонда Фундаментальных исследований, международным грантом INTAS. В настоящее время исследования финансируются грантом РНФ. Группа долгое время работала в тесном сотрудничестве с коллективом лаборатории физико-химии мембран биологического факультета МГУ, руководимой профессором С.Н. Орловым, а также с лабораторией конформационной стабильности белков и физических методов анализа института Молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта (руководитель лаборатории академик РАН А.А. Макаров).

Список статей

  1. Fedorov, D. A., Sidorenko, S. V., Yusipovich, A. I., Bukach, O. V., Gorbunov, A. M., Lopina, O. D., and Klimanova, E. A. Increased extracellular sodium concentration as a factor regulating gene expression in endothelium. Biochemistry (Moscow) 87, 6 (2022), 489–499.
  2. Lopina, O. D., Bukach, O. V., Sidorenko, S. V., and Klimanova, E. A. Na,k-atpase as a polyfunctional protein. Biochemistry (Moscow), Supplement Series A: Membrane and Cell Biology 16, 3 (2022), 207–216.
  3. Fedorov, D. A., Sidorenko, S. V., Yusipovich, A. I., Parshina, E. Y., Tverskoi, A. M., Abramicheva, P. A., Maksimov, G. V., Orlov, S. N., Lopina, O. D., and Klimanova, E. A. Na+i/k+i imbalance contributes to gene expression in endothelial cells exposed to elevated nacl. Heliyon 7, 9 (2021), e08088.
  4. Orlov, S. N., Tverskoi, A. M., Sidorenko, S. V., Smolyaninova, L. V., Lopina, O. D., Dulin, N. O., and Klimanova, E. A. Na,k-atpase as a target for endogenous cardiotonic steroids: what’s the evidence? Genes & Diseases 8 (2021), 259–271.
  5. Tverskoi, А. M., Poluektov, Y. M., Klimanova, E. A., Mitkevich, V. A., Makarov, A. A., Orlov, S. N., Petrushanko, I. Y., and Lopina, О. D. Depth of the steroid core location determines the mode of na,k-atpase inhibition by cardiotonic steroids. International Journal of Molecular Sciences 22, 24 (2021).
  6. Tverskoi A.M., Lokteva V.A., Orlov S.N., Lopina O.D. Binding of Ouabain, Digoxin, or Marinobufagenin Induces Different Сonformational Changes in Kidney α1-Na+,K+-ATPase Isoforms, Resistant and Sensitive to Cardiotonic Steroids. Biochemistry (Moscow), Supplement Series A: Membrane and Cell Biology 14 (2020)
  7. Klimanova E.A., Fedorov D.A., Sidorenko S.V., Abramicheva P.A., Lopina O.D., Orlov S.N. Ouabain and Marinobufagenin: Physiological Effects on Human Epithelial and Endothelial Cells. Biochemistry (Moscow) 85, 4 (2020), P. 507-515
  8. Lopina O.D., Tverskoi A.M., Klimanova E.A., Sidorenko S.V., Orlov S.N. Ouabain-induced cell death and survival. Role of a1-Na,K-ATPase-mediated signaling and [Na+]i/[K+]i-dependent gene expression. Frontiers in physiology (2020)
  9. Klimanova E.A., Sidorenko S.V., Abramicheva P.A., Tverskoi A.M., Orlov S.N., Lopina O.D. Transcriptomic Changes in Endothelial Cells Triggered by Na,K-ATPase Inhibition: A Search for Upstream Na+i/K+i Sensitive Genes. International Journal of Molecular Sciences 21, 21 (2020)
  10. Тверской А.М., Локтева В.А., Орлов С.Н., Лопина О.Д. Изменение конформации резистентной и чувствительной к кардиотоническим стероидам α1-NA+,K+-ATP-азы из почек при связывании уабаина, дигоксина и маринобуфагенина. Биологические мембраны 37, 1 (2020), 45-52
  11. Klimanova E.A., Sidorenko S.V., Smolyaninova L.V., Kapilevich L.V., Gusakova S.V., Lopina O.D., Orlov S.N. Ubiquitous and cell type-specific transcriptomic changes triggered by dissipation of monovalent cation gradients in rodent cells: Physiological and pathophysiological implications. Current topics in membranes 83 (2019), 107-149
  12. Poluektov Yuri M., Dergousova Elena A., Lopina Olga D., Mitkevich Vladimir A., Makarov Alexander A., Petrushanko Irina Yu. Na,K-ATPase alpha-subunit conformation determines glutathionylation efficiency. Biochemical and Biophysical Research Communications 510, 1 (2019), 86-90
  13. Климанова Е.А., Сидоренко С.В., Тверской А.М., Шиян А.А., Смольянинова Л.В., Капилевич Л.В., Гусакова С.В., Максимов Г.В., Лопина О.Д., Орлов С.Н. Поиск внутриклеточных сенсоров, вовлеченных в функционирование одновалентных катионов как вторичных посредников. Биохимия 84, 11 (2019), 1592-1609

Состав группы

Руководитель группы профессор, д.б.н О.Д. Лопина
Старший преподаватель
 к.б.н Е.А. Климанова
Младший научный сотрудник к.б.н О.В. Букач
Аспирант Д.А. Федоров
Магистрант А.М. Горбунов

Комнаты №№: 136, 138, 167