Группа изучения клеточной смерти

МГУ имени М.В.Ломоносова, биологический факультет, кафедра иммунологии, к. 448

РУКОВОДИТЕЛЬ:
Самуилов Виталий Дмитриевич, доктор биологических наук, профессор, заслуженный профессор МГУ, главный научный сотрудник

КОНТАКТЫ:
Тел.: 8 (495) 939-13-56
Почта: vdsamuilov@mail.ru

СОТРУДНИКИ:
Киселевский Дмитрий Борисович, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник
Дзюбинская Елена Валерьевна, кандидат биологических наук, научный сотрудник
Бутырская Юлия Евгеньевна, инженер-лаборант


НАУЧНАЯ РАБОТА:


      Смерть клеток присуща всем живым организмам, многоклеточным и одноклеточным. Грамотрицательная бактерия Escherichia coli, цианобактерии Synechocystis sp. 6803 и Anabaena variabilis погибали при обработке антибиотиками или Н2О2. Гибель клеток определяли по разрушению нуклеоида и плазматической мембраны. В стационарной фазе роста бактерии проявляли устойчивость к антибиотикам. Медленнорастущие цианобактерии в этом были сходны с быстрорастущей E. coli, им также была свойственна персистенция (переход в жизнеспособное, но некультивируемое состояние).
      Исследована программируемая клеточная смерть (ПКС) в клетках эпидермиса из листьев гороха. В качестве индуктора ПКС использовали: цианид – ингибитор гем-содержащих ферментов, хитозан и липополисахарид – компоненты патогенов (pathogen-associated molecular pattern, PAMP), распознаваемые рецепторами клеток растений (pathogen-recognizing receptors, PRR) и вызывающие гиперчувствительный ответ, Н2О2 и другие. ПКС у растений зависит от активных форм кислорода (АФК): усиливается Н2О2, подавляется антиоксидантами и в анаэробных условиях. Свет стимулировал гибель устьичных клеток, имеющих хлоропласты, но не влиял на смерть не содержащих хлоропластов эпидермальных клеток. Показано, что гибель устьичных клеток на свету зависит от комбинированного действия двух факторов – АФК и состояния b6f-комплекса хлоропластов. Данные свидетельствуют об участии хлоропластов в ПКС у растений, что было показано впервые.
      Морфологически гибель клеток, вызванная цианидом, характеризовалась увеличением объема вакуоли, конденсацией хроматина, разрушением клеточного ядра. ПКС сопровождалась олигонуклеосомной фрагментацией ДНК. Циклогексимид, ингибитор синтеза белка на рибосомах цитоплазмы, усиливал ПКС, а линкомицин, ингибитор синтеза белка в митохондриях и хлоропластах, напротив, подавлял гибель клеток. Циклогексимид инициировал аутофагию – одну из форм ПКС. Ингибитор гликолиза 2-дезоксиглюкоза и разобщитель окислительного и фотосинтетического фосфорилирования м-хлоркарбонилцианидфенилгидразон вызывали гибель клеток. Их комбинация обеспечивала более значительную деэнергизацию клетки и приводила к некрозу. Показано, что цианид вызывает у растений ПКС, которая требует синтеза белков и энергообеспечения и имеет морфологические и биохимические черты апоптоза.
      Хитозан, элиситор гиперчувствительного ответа (защитной реакции растения в ответ на внедрение патогена) вызывал ПКС в эпидермальных клетках гороха с участием АФК и NADPH-оксидазы плазматической мембраны. Похожим действием обладал Н2О2. Фенольные соединения в низких концентрациях защищали клетки от гибели, вызванной хитозаном или Н2О2. Предположительно эффект фенольных соединений обусловлен активностью пероксидазы, которая использует их в качестве регенирируемого субстрата с участием NADH и апопластной малатдегидрогеназы.
      Исследован эффект Ca2+ на гибель клеток растений. Ca2+ индуцировал образование АФК, которое предотвращалось ингибиторами NADPH-оксидазы плазматической мембраны. В высоких концентрациях Ca2+ подавлял ПКС, но вызывал проницаемость плазматической мембраны клеток для пропидия йодида и межнуклеосомную фрагментацию ядерной ДНК.
      Изучено действие митохондриально-направленных хинонных антиоксидантов Скулачева (SkQ) на ПКС у растений. Эти соединения представляют собой остаток пластохинона или метилированного пластохинона, ковалентно связанный с проникающим через мембраны катионом трифенилфосфония или родамина. Благодаря делокализованному положительному заряду и сродству к липидам эти соединения накапливаются в энергизованных митохондриях. В низких концентрациях SkQ подавляли ПКС и образование АФК в клетках эпидермиса. SkQ замедляли старение розеточных листьев Arabidopsis thaliana и их гибель. SkQ увеличивали продолжительность вегетационного периода, улучшали структуру урожая и продуктивность пшеницы Triticum aestivum. Митохондриально-направленные хиноны SkQ защищали клетки гороха или табака от гибели, вызванной элиситорами грибов (хитозаном), бактерий (липополисахаридом) или вирусов (белком p50 – хеликазным доменом репликазы вируса табачной мозаики).
      SkQ1 подавлял фотосинтетическое выделение кислорода изолированными хлоропластами на свету, предположительно, вызывая переход редокс-цепи хлоропластов из режима нециклического переноса электронов в циклический режим без выделения кислорода. Окисление NADH или сукцината в митохондриях из корней гороха стимулировалось SkQ1. SkQ могут использоваться в качестве инструмента для исследования роли митохондриальных АФК в различных биологических процессах у растений. Результаты, полученные с SkQ, свидетельствуют о различии механизма ПКС в темноте и на свету: в темноте гибель клеток зависит от митохондрий и образующихся в них АФК, но они не играют существенной роли при ПКС на свету.

МЕТОДЫ:


      Микроскопическое исследование клеток и субклеточных структур, регистрация программируемой клеточной смерти и некроза – конфокальная, флуоресцентная и световая микроскопия.
      Измерение дыхания и фотсинтеза – оксиметрия, полярографическое измерение О2 с помощью электрода Кларка.
      Биохимические методы: создание анаэробиоза, определение образования активных форм кислорода, других биохимических реакций – флуориметрия, спектрофотометрия, оксиметрия.

ПУБЛИКАЦИИ:

  • Samuilov V.D., Kiselevsky D.B., Oleskin A.V. (2018) Mitochondria-targeted quinones suppress the generation of reactive oxygen species, programmed cell death and senescence in plants. Mitochondrion, pii: S1567-7249(18)30006-0.
  • Самуилов В.Д., Киселевский Д.Б. (2016) Салицилгидроксамат усиливает НАДН-оксидазную активность пероксидазы в суспензиях митохондрий и хлоропластов гороха. Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. № 1, 23–28.
  • Самуилов В.Д., Киселевский Д.Б. (2015) Действие катионного пластохинона SkQ1 на электронтранспортные реакции в хлоропластах и митохондриях из проростков гороха. Биохимия, 80, № 4, 489–496.
  • Киселевский Д.Б., Фролова О.Ю., Соловьев А.Г., Дорохов Ю.Л., Морозов С.Ю., Самуилов В.Д. (2014) Гибель клеток растений, вызванная элиситорами грибов, бактерий и вирусов: защитный эффект митохондриально-направленных хинонов. Биохимия, 79, № 12, 1617–1628.
  • Самуилов В.Д., Киселевский Д.Б., Несов А.В., Дзюбинская Е.В., Васильев Л.А., Самуилов Ф.Д. (2014) Программируемая гибель клеток растений в анаэробных условиях. Реакция на Ag+. Физиология растений, 61, № 5, 632–639.
  • Дзюбинская Е.В., Ионенко И.Ф., Киселевский Д.Б., Самуилов В.Д., Самуилов Ф.Д. (2013) Митохондриально-адресованные катионы замедляют старение и гибель листьев Arabidopsis thaliana, увеличивают вегетационный период и улучшают структуру урожая пшеницы Triticum aestivum. Биохимия, 78, № 1, 92–99.
  • Васильев Л.А., Киселевский Д.Б., Дзюбинская Е.В., Несов А.В., Самуилов В.Д. (2012) Программируемая гибель клеток у растений: защитное действие катионов тетрафенилфосфония и тетраметилродамина, используемых в качестве трансмембранных переносчиков хинонов. Биохимия, 77, № 4, 452–460.
  • Васильев Л.А., Дзюбинская Е.В., Киселевский Д.Б., Шестак А.А., Самуилов В.Д. (2011) Программируемая гибель клеток растений: защитное действие митохондриально-направленных хинонов. Биохимия, 76, № 10, 1374–1386.
  • Киселевский Д.Б., Кузнецова Ю.Е., Васильев Л.А., Лобышева Н.В., Зиновкин Р.А., Несов А.В., Шестак А.А., Самуилов В.Д. (2010) Действие Са2+ на программируемую гибель устьичных и эпидермальных клеток в листьях гороха. Биохимия, 75, № 5, 717–726.
  • Самуилов В.Д., Васильев Л.А., Дзюбинская Е.В., Киселевский Д.Б., Несов А.В. (2010) Программируемая клеточная смерть у растений: защитное действие фенольных соединений от хитозана и Н2О2. Биохимия, 75, № 2, 313–320.
  • Васильев Л.А., Дзюбинская Е.В., Зиновкин Р.А., Киселевский Д.Б., Лобышева Н.В., Самуилов В.Д. (2009) Вызванная хитозаном программируемая гибель клеток у растений. Биохимия, 74, № 9, 1270–1279.
  • Самуилов В.Д., Киселевский Д.Б., Шестак А.А., Несов А.В., Васильев Л.А. (2008) Активные формы кислорода в CN-индуцированной программируемой гибели устьичных клеток гороха. Биохимия, 73, № 10, 1344–1354.
  • Самуилов В.Д., Булахов А.В., Киселевский Д.Б., Кузнецова Ю.Е., Молчанова Д.В., Синицын С.В., Шестак А.А. (2008) Толерантность к антимикробным агентам и персистенция у Escherichia coli и цианобактерий. Биохимия, 73, № 7, 1032–1038.
  • Дзюбинская Е.В., Киселевский Д.Б., Лобышева Н.В., Шестак А.А., Самуилов В.Д. (2006) Гибель устьичных клеток в эпидермисе листьев при нарушении энергообеспечения. Биохимия, 71, № 10, 1383–1391.
  • Дзюбинская Е.В., Киселевский Д.Б., Бакеева Л.Е., Самуилов В.Д. (2006) Программируемая клеточная смерть у растений: действие ингибиторов синтеза белка и структурные изменения в устьичных клетках гороха. Биохимия, 71, № 4, 493–504.
  • Самуилов В.Д., Киселевский Д.Б., Синицын С.В., Шестак А.А., Лагунова Е.М., Несов А.В. (2006) Н2О2 усиливает CN-индуцированный апоптоз в листьях гороха. Биохимия, 71, № 4, 481–492.
  • Киселевский Д.Б., Самуилов В.Д., Гусев М.В. (2006) Программируемая гибель клеток растений: сигналы, передача сигналов, роль митохондрий и хлоропластов. Вестник МГУ, Серия 16: Биология, № 1, 51–60.
  • Бакеева Л.Е., Дзюбинская Е.В., Самуилов В.Д. (2005) Программируемая клеточная смерть у растений: ультраструктурные изменения в устьичных клетках гороха. Биохимия, 70, № 9, 1177–1185.
  • Самуилов В.Д. (2005) Проблемы энергетики в эволюции живого. Биохимия, 70, № 2, 302–307.
  • Samuilov V.D., Lagunova E.M., Kiselevsky D.B., Dzyubinskaya E.V., Makarova Ya.V., Gusev M.V. (2003) Participation of chloroplasts in plant apoptosis. Bioscience Reports, 23, № 2–3, 103–117.
  • Самуилов В.Д. (2003) Микробная терапия рака: индукция апоптоза, рекомбинантные вакцины, подавление ангиогенеза. Биохимия, 68, № 9, 1173–1177
  • Самуилов В.Д., Лагунова Е.М., Дзюбинская Е.В., Изюмов Д.С., Киселевский Д.Б., Макарова Я.В. (2002) Участие хлоропластов в программируемой гибели клеток у растений. Биохимия, 67, № 6, 757–765.
  • Самуилов В.Д., Олескин А.В., Лагунова Е.М. (2000) Программируемая клеточная смерть. Биохимия, 65, № 8, 1029–1046.