Отдел взаимодействия вирусов с клеткой
Руководитель: Дмитриев Сергей Евгеньевич
Отдел организован в 1965 г. чл.-корр. РАН и РАМН, заслуженным деятелем науки РФ, профессором В.И.Аголом. С 2019 г. обязанности заведующего отделом исполняет доцент, с.н.с. С.Е. Дмитриев.
Основные направления исследований
Изучение молекулярных механизмов репродукции РНК-содержащих вирусов. Исследование природы патогенного действия вирусов на клетку. Выяснение закономерностей и механизмов эволюции РНК-содержащих вирусов. Изучение молекулярной эпидемиологии полиовирусов и других энтеровирусов.
Научные достижения отдела
(i) Синтез вирусных белков и его регуляция
Впервые разработана эффективная бесклеточная система для синтеза и процессинга белков пикорнавирусов [Svitkin et al 1978]. Идентифицирована первая протеаза (ныне называемая 3Сpro), участвующая в этом процессинге [Gorbalenya et al., 1979; Svitkin et al., 1979]. Охарактеризованы структурно-функциональные взаимоотношения в трансляционных цис-элементах пикорнавирусных РНК [Pilipenko et al., 1989; 1989a; 1992; 1994; Gmyl et al., 1993]. Выявлена причинная связь между уровнем нейровирулентности пикорнавирусов и структурой регуляторных элементов их РНК, определяющей эффективность трансляции [Svitkin et al., 1985; Pilipenko et al., 1995; 1999], и показано, что эта эффективность зависит от тканеспецифического набора клеточных белков, взаимодействующих с вирусной РНК [Svitkin et al., 1988; 1994; Pilipenko et al., 2000; 2001; Pestova et al., 2001]. Показано, что механизмы угнетения синтеза клеточных белков существенно различаются у разных пикорнавирусов [Svitkin et al., 1978a]. . Осуществлена бесклеточная трансляция РНК вируса клещевого энцефалита (флавивируса) и показано, что белки этого вируса образуются путем частичного мембранозависимого протеолиза высокомолекулярного предшественника; картированы гены структурных белков этого вируса [Svitkin et al., 1978; 1981; 1984; Lyapustin et al., 1986]
(ii) Рекомбинация РНК-геномов
Получены первые биохимические доказательства существования межмолекулярной рекомбинации между РНК-геномами [Romanova et al., 1980]. Предложены модели механизма этого процесса, основанные на репликативной смене матриц [Romanova et al., 1986; Tolskaya et al., 1987; Pilipenko et al., 1995]. Обнаружен новый – нерепликативный – способ рекомбинации вирусных РНК [Gmyl et al., 1999; 2003; Agol 2010]. Впервые использован рекомбинантный анализ для картирования функций пикорнавирусов, в частности, для картирования генетических детерминант, отвечающих за аттенуированный фенотип вакцинных штаммов полиовируса [Agol et al., 1984].
(iii) Синтез пикорнавирусных РНК
Обнаружены кольцевые [Romanova, Agol, 1979] и палиндромные [Senkevich et al., 1980] формы вирусспецифических РНК. Показано, что биосинтез РНК пикорнавирусов происходит при участии белков клетки-хозяина [Dmitrieva et al., 1979]. Выявлены некоторые структурно-функциональные особенности в молекулах пикорнавирусных РНК-зависимых РНК-полимераз [Dmitrieva et al., 2007]. Показано, что для синтеза комплементарной цепи вирусной РНК критическое значение имеет квазиглобулярная мультидоменная структура 3’-нетранслируемой области вирусного генома, поддерживаемая третичными взаимодействиями между петлями шпилечных элементов [Pilipenko et al., 1992; 1996]. Обнаружено кинетическое сопряжение синтеза субстратов (рибонуклеозидтрифосфатов) и полимеризации пикорнавирусных РНК [Koonin, Agol, 1982; 1984].
(iv) Реакция клетки на вирусную инфекцию
Показано, что вирус полиомиелита, с одной стороны, способен включать механизм программированной клеточной смерти (апоптоза), а с другой – может предотвращать апоптоз [Tolskaya et al., 1995]. Гибель зараженной полиовирусом клетки может быть следствием двух конкурирующих между собой программ: либо апоптоза, либо канонического цитопатогенного эффекта [Agol et al., 1998; 2000]. Развитие апоптоза связано с вызываемым вирусной инфекцией повреждением митохондрий, выходом из них проапоптозных факторов и активацией каспазы-9; одним их механизмов антиапоптозной активности полиовируса является аберрантный процессинг касапазы-9 [Belov et al., 2003]. Выявлено разнообразие ответа апоптозной системы клеток на полиовирусную инфекцию (Romanova et al., 2005). Неструктурный белок 3A полиовируса уменьшает содержание на клеточной поверхности рецепторов фактора некроза опухолей (и некоторых других рецепторов), угнетая тем самым способность этого фактора вызывать апоптозную гибель зараженных клеток [Neznanov et al., 2001]. Обнаружено, что инфекция полиовирусом вызывает нарушение барьерной функции ядерной оболочки [Belov et al., 2000; 2004]. Сходные изменения вызывают и другие РНК-содержащие вирусы (кардиовирусы), однако при этом используются совершенно другие молекулярные механизмы [Lidsky et al., 2006; Bardina et al., 2009; Romanova et al., 2009]. Заражение клеток кардиовирусами также может приводить в зависимости от условий либо к апоптозу, либо к некрозу. Но если в случае полиовируса антиапоптозной активностью обладает протеаза 2А, то у вируса энцефаломиокардита сходную активность проявляет лидерный белок L (открытый ранее в лаборатории; Kazachkov et al., 1982) , который ферментативной активностью не обладает (Romanova et al., 2009). Сформулировано понятие о секьюрити-белках, как особом классе вирусных белков, основная функция которых – противодействие защитным механизмам клетки [Romanova et al., 2009; Agol, Gmyl, 2010].
(v) Молекулярная эпидемиология
Охарактеризованы геномы вирусов, выделенных от редких случаев заболевания паралитическим полиомиелитом, ассоциированных с вакцинацией, и показано, что значительная доля таких изолятов представляют собой межтиповые рекомбинанты [Lipskaya et al., 1991]. Показано, что производные вакцинных штаммов полиовируса проявляют значительную способность циркулировать в неиммунных и иммунных [Korotkova et al., 2003; Cherkasova et al., 2002; 2003; 2005] популяциях. На основе олигонуклеотидных микрочипов разработаны метод выявления рекомбинантов среди производных вакцинных штаммов полиовируса и метод для оценки уровня дивергенции этих штаммов от родительских вирусов [Cherkasova et al., 2003]. Охарактеризованы геномы “диких” возбудителей полиомиелита, недавно циркулировавших на территории бывшего СССР, выяснены возможные маршруты их циркуляции [Lipskaya et al., 1995]. Выявлены некоторые общие закономерности эволюции диких и вакцинных штаммов полиовируса [Gavrilin et al., 2000; Yakovenko et al., 2006; 2009; Agol 2006; 2006a]. Предложены поправки к стратегии ВОЗ по борьбе с полиомиелитом [Chumakov et al., 2007].
Участие в научно-исследовательских проектах и грантовая поддержка
Выполнялись и выполняются совместные проекты в России: с Институтом полиомиелита и вирусных энцефалитов им. М.П.Чумакова РАМН, Институтом белка РАН и за рубежом: Food and Drug Administration (USA); National Institutes of Health (USA), Univ. of Wisconsin (USA), Univ. of Basel (Switzerland), Univ. of Nijmegen (the Netherlands) и др.
Гранты (в разные годы): ряд грантов РФФИ, Роснауки, Федеральной программы «Ведущие научные школы», грант президента РФ для поддержки молодых российских ученых (кандидатов наук) (М.Л.Яковенко), программа "Интеграция", Международного научного фонда, Copernicus, EU, Human Frontier Science Program, CRDF, INTAS, World Health Organization, Fogarty, National Multiple Sclerosis Society (USA), Ludwig Institute for Cancer Research и др.
Научные премии
В.И.Агол получил премию «Триумф», избран иностранным членом Болгарской академии наук;
М.Л.Яковенко получила стипендию Л'Ореаль-ЮНЕСКО для молодых российских женщин-ученых и стипендию МГУ для талантливых молодых преподавателей и ученых;
Г.Ю. Липская получила премию Минвуза РФ.
Преподавательская деятельность
Отдел участвует в преподавательской делятельности на ФББ и Биофаке МГУ. В. И. Агол много лет читал спецкурс «Репликация и транскрипция вирусных геномов» для студентов 5 курса кафедры вирусологии биологического факультета МГУ, а также лекции «Происхождение и эволюция вирусов» студентам кафедры вирусологии биофака. М.Л. Яковенко и А.Ю. Красота ведут Практикум по генной инженерии на ФББ.
Сотрудники отдела осуществляют научное руководство студентами, дипломниками и аспирантами факультета биоинженерии и биоинформатики и биологического факультета МГУ.
Основные направления исследований
Изучение молекулярных механизмов репродукции РНК-содержащих вирусов. Исследование природы патогенного действия вирусов на клетку. Выяснение закономерностей и механизмов эволюции РНК-содержащих вирусов. Изучение молекулярной эпидемиологии полиовирусов и других энтеровирусов.
Научные достижения отдела
(i) Синтез вирусных белков и его регуляция
Впервые разработана эффективная бесклеточная система для синтеза и процессинга белков пикорнавирусов [Svitkin et al 1978]. Идентифицирована первая протеаза (ныне называемая 3Сpro), участвующая в этом процессинге [Gorbalenya et al., 1979; Svitkin et al., 1979]. Охарактеризованы структурно-функциональные взаимоотношения в трансляционных цис-элементах пикорнавирусных РНК [Pilipenko et al., 1989; 1989a; 1992; 1994; Gmyl et al., 1993]. Выявлена причинная связь между уровнем нейровирулентности пикорнавирусов и структурой регуляторных элементов их РНК, определяющей эффективность трансляции [Svitkin et al., 1985; Pilipenko et al., 1995; 1999], и показано, что эта эффективность зависит от тканеспецифического набора клеточных белков, взаимодействующих с вирусной РНК [Svitkin et al., 1988; 1994; Pilipenko et al., 2000; 2001; Pestova et al., 2001]. Показано, что механизмы угнетения синтеза клеточных белков существенно различаются у разных пикорнавирусов [Svitkin et al., 1978a]. . Осуществлена бесклеточная трансляция РНК вируса клещевого энцефалита (флавивируса) и показано, что белки этого вируса образуются путем частичного мембранозависимого протеолиза высокомолекулярного предшественника; картированы гены структурных белков этого вируса [Svitkin et al., 1978; 1981; 1984; Lyapustin et al., 1986]
(ii) Рекомбинация РНК-геномов
Получены первые биохимические доказательства существования межмолекулярной рекомбинации между РНК-геномами [Romanova et al., 1980]. Предложены модели механизма этого процесса, основанные на репликативной смене матриц [Romanova et al., 1986; Tolskaya et al., 1987; Pilipenko et al., 1995]. Обнаружен новый – нерепликативный – способ рекомбинации вирусных РНК [Gmyl et al., 1999; 2003; Agol 2010]. Впервые использован рекомбинантный анализ для картирования функций пикорнавирусов, в частности, для картирования генетических детерминант, отвечающих за аттенуированный фенотип вакцинных штаммов полиовируса [Agol et al., 1984].
(iii) Синтез пикорнавирусных РНК
Обнаружены кольцевые [Romanova, Agol, 1979] и палиндромные [Senkevich et al., 1980] формы вирусспецифических РНК. Показано, что биосинтез РНК пикорнавирусов происходит при участии белков клетки-хозяина [Dmitrieva et al., 1979]. Выявлены некоторые структурно-функциональные особенности в молекулах пикорнавирусных РНК-зависимых РНК-полимераз [Dmitrieva et al., 2007]. Показано, что для синтеза комплементарной цепи вирусной РНК критическое значение имеет квазиглобулярная мультидоменная структура 3’-нетранслируемой области вирусного генома, поддерживаемая третичными взаимодействиями между петлями шпилечных элементов [Pilipenko et al., 1992; 1996]. Обнаружено кинетическое сопряжение синтеза субстратов (рибонуклеозидтрифосфатов) и полимеризации пикорнавирусных РНК [Koonin, Agol, 1982; 1984].
(iv) Реакция клетки на вирусную инфекцию
Показано, что вирус полиомиелита, с одной стороны, способен включать механизм программированной клеточной смерти (апоптоза), а с другой – может предотвращать апоптоз [Tolskaya et al., 1995]. Гибель зараженной полиовирусом клетки может быть следствием двух конкурирующих между собой программ: либо апоптоза, либо канонического цитопатогенного эффекта [Agol et al., 1998; 2000]. Развитие апоптоза связано с вызываемым вирусной инфекцией повреждением митохондрий, выходом из них проапоптозных факторов и активацией каспазы-9; одним их механизмов антиапоптозной активности полиовируса является аберрантный процессинг касапазы-9 [Belov et al., 2003]. Выявлено разнообразие ответа апоптозной системы клеток на полиовирусную инфекцию (Romanova et al., 2005). Неструктурный белок 3A полиовируса уменьшает содержание на клеточной поверхности рецепторов фактора некроза опухолей (и некоторых других рецепторов), угнетая тем самым способность этого фактора вызывать апоптозную гибель зараженных клеток [Neznanov et al., 2001]. Обнаружено, что инфекция полиовирусом вызывает нарушение барьерной функции ядерной оболочки [Belov et al., 2000; 2004]. Сходные изменения вызывают и другие РНК-содержащие вирусы (кардиовирусы), однако при этом используются совершенно другие молекулярные механизмы [Lidsky et al., 2006; Bardina et al., 2009; Romanova et al., 2009]. Заражение клеток кардиовирусами также может приводить в зависимости от условий либо к апоптозу, либо к некрозу. Но если в случае полиовируса антиапоптозной активностью обладает протеаза 2А, то у вируса энцефаломиокардита сходную активность проявляет лидерный белок L (открытый ранее в лаборатории; Kazachkov et al., 1982) , который ферментативной активностью не обладает (Romanova et al., 2009). Сформулировано понятие о секьюрити-белках, как особом классе вирусных белков, основная функция которых – противодействие защитным механизмам клетки [Romanova et al., 2009; Agol, Gmyl, 2010].
(v) Молекулярная эпидемиология
Охарактеризованы геномы вирусов, выделенных от редких случаев заболевания паралитическим полиомиелитом, ассоциированных с вакцинацией, и показано, что значительная доля таких изолятов представляют собой межтиповые рекомбинанты [Lipskaya et al., 1991]. Показано, что производные вакцинных штаммов полиовируса проявляют значительную способность циркулировать в неиммунных и иммунных [Korotkova et al., 2003; Cherkasova et al., 2002; 2003; 2005] популяциях. На основе олигонуклеотидных микрочипов разработаны метод выявления рекомбинантов среди производных вакцинных штаммов полиовируса и метод для оценки уровня дивергенции этих штаммов от родительских вирусов [Cherkasova et al., 2003]. Охарактеризованы геномы “диких” возбудителей полиомиелита, недавно циркулировавших на территории бывшего СССР, выяснены возможные маршруты их циркуляции [Lipskaya et al., 1995]. Выявлены некоторые общие закономерности эволюции диких и вакцинных штаммов полиовируса [Gavrilin et al., 2000; Yakovenko et al., 2006; 2009; Agol 2006; 2006a]. Предложены поправки к стратегии ВОЗ по борьбе с полиомиелитом [Chumakov et al., 2007].
Участие в научно-исследовательских проектах и грантовая поддержка
Выполнялись и выполняются совместные проекты в России: с Институтом полиомиелита и вирусных энцефалитов им. М.П.Чумакова РАМН, Институтом белка РАН и за рубежом: Food and Drug Administration (USA); National Institutes of Health (USA), Univ. of Wisconsin (USA), Univ. of Basel (Switzerland), Univ. of Nijmegen (the Netherlands) и др.
Гранты (в разные годы): ряд грантов РФФИ, Роснауки, Федеральной программы «Ведущие научные школы», грант президента РФ для поддержки молодых российских ученых (кандидатов наук) (М.Л.Яковенко), программа "Интеграция", Международного научного фонда, Copernicus, EU, Human Frontier Science Program, CRDF, INTAS, World Health Organization, Fogarty, National Multiple Sclerosis Society (USA), Ludwig Institute for Cancer Research и др.
Научные премии
В.И.Агол получил премию «Триумф», избран иностранным членом Болгарской академии наук;
М.Л.Яковенко получила стипендию Л'Ореаль-ЮНЕСКО для молодых российских женщин-ученых и стипендию МГУ для талантливых молодых преподавателей и ученых;
Г.Ю. Липская получила премию Минвуза РФ.
Преподавательская деятельность
Отдел участвует в преподавательской делятельности на ФББ и Биофаке МГУ. В. И. Агол много лет читал спецкурс «Репликация и транскрипция вирусных геномов» для студентов 5 курса кафедры вирусологии биологического факультета МГУ, а также лекции «Происхождение и эволюция вирусов» студентам кафедры вирусологии биофака. М.Л. Яковенко и А.Ю. Красота ведут Практикум по генной инженерии на ФББ.
Сотрудники отдела осуществляют научное руководство студентами, дипломниками и аспирантами факультета биоинженерии и биоинформатики и биологического факультета МГУ.
Статьи
- Kushchenko Artem S., Golovko Violetta A., Panova Eugenia A., Sukhinina Anastasia P., Gladneva Ekaterina E., Krasota Alexandr Y., Ivin Yury Y., Poteryakhina Anastasia V., Agol Vadim I., Dmitriev Sergey E.(2025) The p48 isoform of the PA2G4/EBP1/ITAF45 oncoprotein is required for the encephalomyocarditis virus IRES-driven translation initiation. Nucleic Acids Research, >>
- Kamynina Margarita, Rozenberg Julian M., Kushchenko Artem S., Dmitriev Sergey E., Modestov Aleksander, Kamashev Dmitry, Gaifullin Nurshat, Shaban Nina, Suntsova Maria, Emelianova Anna, Buzdin Anton A.(2024) Forced Overexpression and Knockout Analysis of SLC30A and SLC39A Family Genes Suggests Their Involvement in Establishing Resistance to Cisplatin in Human Cancer Cells. International Journal of Molecular Sciences, >>
- Makeeva Desislava S., Riggs Claire L., Burakov Anton V., Ivanov Pavel A., Kushchenko Artem S., Bykov Dmitri A., Popenko Vladimir I., Prassolov Vladimir S., Ivanov Pavel V., Dmitriev Sergey E.(2023) Relocalization of Translation Termination and Ribosome Recycling Factors to Stress Granules Coincides with Elevated Stop-Codon Readthrough and Reinitiation Rates upon Oxidative Stress. Cells, >>