Изучение основных закономерностей взаимоотношения структуры и экспрессии генома пикорнавирусовНИР

The study of the basic laws of the relationship of the structure and expression of the genome of picornaviruses

Соисполнители НИР

ФГБНУ ИПВЭ им.М.П. Чумакова Соисполнитель

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
2 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Изучение основных закономерностей взаимоотношения структуры и экспрессии генома пикорнавирусов
Результаты этапа: Завершено исследование природы крупной вспышки полиомиелита в Таджикистане в 2010 г., которая распространилась на РФ. Идентифицирован вызвавший вспышку вирус, установлено его происхождение и закономерности дальнейшей эволюции. Впервые сконструирован жизнеспособный вирус энцефаломиокардита, лишенный функции двух секьюрити-белков (белков, ответственных за противодействие противовирусной защите клетки). Эта модель позволит углубить представления о механизме патогенного действия вирусов на клетку и взаимодействии между вирусом и врожденным иммунитетом хозяина. Получены новые данные о структурно-функциональных отношениях в регуляторном цис-элементе 5’-нетранслируемой области генома полиовируса oriL, ответственном за инициацию синтеза позитивных и негативных цепей вирусной РНК. Эти результаты расширяют понимание механизма репликации вирусного генома, a также некоторых закономерностей его эволюции. В рамках сотрудничества с Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) продолжена работа Региональной референс-лаборатории ВОЗ по полиомиелиту на базе НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского. Проведено исследование штаммов полиовируса, выделенных на территории РФ и стран СНГ в 2013 г. Полученные данные подтверждают высокий уровень популяционного иммунитета и отсутствие вспышечной циркуляции диких полиовирусов в РФ и СНГ. В рамках пилотного проекта Федеральной программы (ФП) по надзору за энтеровирусами в РФ продолжено изучение серозных менингитов в Омской области. Частичное секвенирование генома изолятов, выделенных от больных, определило энтеровирус 71 (EV71), как один из основных этиологических агентов вспышки серозных менингитов у детей в 2013 году.
3 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Изучение основных закономерностей взаимоотношения структуры и экспрессии генома пикорнавирусов
Результаты этапа:
4 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Изучение основных закономерностей взаимоотношения структуры и экспрессии генома пикорнавирусов
Результаты этапа: По направлению «Изучение взаимодействия пикорнавирусов с клеткой-хозяином» получены новые данные о роли секьюрити-белков (L и 2А) пикорнавирусов в развитии патологических процессов (в частности, программируемой гибели) в зараженной клетке. Показано, что в разных клетках роли этих белков проявляются по разному. Этот раздел работы, который планируется завершить в 2017 г., важен для понимания патогенеза вирусных заболеваний и может оказаться полезным для разработки способов их лечения и/или профилактики. По направлению «Изучение регуляции репликации пикорнавирусных геномов» получены оригинальные данные о молекулярном механизме одного из важных регуляторных процессов репликации РНК-геномов пикорнавирусов, а также о природе мутационной устойчивости таких геномов. Этот раздел работы, который также планируется завершить в 2017 г., важен, во-первых, для понимания механизма размножения этих вирусов, а во-вторых, для понимания природы генетической изменчивости этих вирусов при разных селективных воздействиях (например, под влиянием противовирусных препаратов и мутагенов, при смене хозяина и окружающей среды и др.). По направлению «Молекулярная эпидемиология и эволюция вируса полиомиелита и других энтеровирусных инфекций» наиболее важные результат заключается в обнаружении циркуляции производных вакцинного полиовируса серотипа 2 (идентифицированы две независимые популяции). Важность этого факта заключается в том, что полиовирус этого серотипа обнаружен нами после того, как по рекомендации Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) с апреля 2016 г. во всем мире прекращено использование живой противополиомиелитной вакцины серотипа 2, а используемая убитая вакцина не вызывает эффективного кишечного (мукозального) иммунитета и поэтому не может предотвратить циркуляцию вируса среди населения. В результате возникает серьезный риск возникновения эпидемий полиомиелита и срыва программы ВОЗ по глобальному искоренению полиомиелита, Полученные данные требуют внимания и определенных действий со стороны органов здравоохранения. Помимо вышеописанных результатов в отделе получен ряд данных, представляющих собой важный задел для исследований, планируемых на 2017 г.
5 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Изучение основных закономерностей взаимоотношения структуры и экспрессии генома пикорнавирусов
Результаты этапа: В рамках данной темы в 2017 г. завершены определенные этапы двух ее разделов. Изучение межтиповых рекомбинантов вакцинных штаммов полиовируса позволило выдвинуть представление о том, что геномы каждого из трех серотипов, помимо известных аттенуирующих мутаций, содержат разные у разных серотипов участки, снижающие биологическую активность вируса. Эта активность может повышаться в результате рекомбинационной замены этих участков на более «сильные». Есть основания экстраполировать эту закономерность и на природные РНК-вирусы. Исследование мутационной устойчивости двух участков РНК полиовируса, отвечающих за репликативную активность, показало, что более половины из теоретически возможных мутаций в этих районах не лишают вирус жизнеспособности. Некоторые из мутаций существенно ослабляют вирус, но он проявляет высокую способность к восстановлению активности. В более широком плане взаимоотношения между неточностью копирования РНК-геномов, их мутационной устойчивостью и эволюционным потенциалом рассмотрены в подготовленном к печати обзоре. Серьезного внимания заслуживает обнаружение продолжающейся циркуляции производных живой противополиомиелитной вакцины, несмотря на прекращение ее использования. Эта циркуляция сопряжена с определенными рисками, поскольку может приводить к повышению патогенности вируса и не предотвращается убитой вакциной.
6 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Изучение основных закономерностей взаимоотношения структуры и экспрессии генома пикорнавирусов
Результаты этапа: Продолжено изучение механизмов взаимодействия между пикорнавирусами (РНК-вирусы) и клетками, в частности, противодействия специализированных вирусных белков (секьюрити-белков) клеточным защитным противовирусным механизмам, а также механизмов, обеспечивающих мутационную устойчивость генома полиовируса, используя в качестве модели способность мутантов белка 3CD этого вируса продуктивно взаимодействовать с их функциональным РНК-лигандом – цис-элементом oriL.Исследовано влияние инфекции энтеровирусами (вирусами полиомиелита и коксаки В3) на отдельные стадии стресса эндоплазматического ретикулума (ЭПР-стресса) – одного из механизмов защитной клеточной реакции.Проведен комплексный анализ случаев заболевания вакцин-ассоциированным паралитическим полиомиелитом в Российской Федерации в период с 1998 по 2014 год, включая случай заболевания вакцин-ассоциированным паралитическим полиомиелитом в 2014 г.Установлен факт длительной циркуляции деривата живой противополиомиелитной вакцины 3-го типа в детском учреждении.Результаты свидетельствуют о необходимости изменения схемы вакцинации детей против полиомиелита.В связи с этим проведено исследование клинических материалов, полученных в Российской Федерации и ряде сопредельных стран от детей, заболевших в 2018г вакцин-ассоциированным паралитическим полиомиелитом (ВАПП).
7 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Изучение основных закономерностей взаимоотношения структуры и экспрессии генома пикорнавирусов
Результаты этапа: Репликация РНК-вирусов зачастую происходит с ошибками. Тем не менее, эти вирусы обычно сохраняют свою идентичность в более или менее постоянных условиях благодаря различным механизмам устойчивости к мутациям. Эти механизмы изучены недостаточно. Также отсутствует надёжная информация о количественных аспектах мутационной толерантности различных вирусных функций. Для прояснения этих аспектов в качестве модели было использовано взаимодействие между репликативным цис-действующим РНК-элементом (oriL) полиовируса и его лигандом (вирусный белок 3CD). Была исследована мутационная толерантность консервативного трипептида 3CD, непосредственно вовлеченного в это взаимодействие. Для определения пределов вариативности последовательностей, совместимых с жизнеспособностью, были использованы рандомизация соответствующих кодонов и обратная генетика. Было выяснено, что по меньшей мере 11 различных аминокислотных замен в этом трипептиде не являются летальными. Несколько измененных вирусов демонстрировали фенотипы, подобные дикому типу, тогда как ослабленные (но жизнеспособные) геномы могли повысить их приспособленность путем приобретения реверсий или компенсаторных мутаций. Вместе с более ранним исследованием толерантности oriL (Prostova et al., 2015) результаты демонстрируют, что по меньшей мере 42 из 51 возможных замен нуклеотидов в двух соответствующих геномных областях совместимы с жизнеспособностью вируса. Эти результаты дают новое понимание структурных аспектов важной вирусной функции, а также общих проблем вирусной мутационной устойчивости и эволюции.
8 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Изучение основных закономерностей взаимоотношения структуры и экспрессии генома пикорнавирусов
Результаты этапа: Коронавирусная пандемия 2020 года показала актуальность исследований в области молекулярной вирусологии и эпидемиологии. Изучение новых и уже известных вирусных патогенов на молекулярном уровне, помогающее понять механизмы их взаимодействия с клеткой, эволюции и распространения, а также способствующее разработке и применению вакцин и лекарств, способных защитить человечество от новых эпидемий, – главная задача современной вирусологии. В 2020 году в Отделе взаимодействия вирусов с клеткой НИИ ФХБ МГУ были проведены следующие работы. Проведено молекулярно-эпидемиологическое исследование случая заболевания вакцинно-ассоциированным паралитическим полиомиелитом невакцинированного ребёнка, проживавшего в специализированном доме ребенка города Сызрань Самарской области. Охарактеризованы искусственные штаммы вируса мышиного энцефаломиокардита (EMCV), имеющие мутации в генах «секьюрити-белков» 2А и L, и инфекции, вызываемые ими на клеточной культуре (эффективность заражения, кинетика гибели и процент выживших клеток через одинаковые промежутки времени, превалирующий тип клеточной гибели, паттерн синтезируемых белков в заражённой клетке по электрофорезу белков). Изучены молекулярные механизмы биосинтеза белка в клетке, имеющие важное значение при вирусной инфекции. Подготовлен обзор низкомолекулярных ингибиторов синтеза белка, среди которых есть большое количество противовирусных препаратов.
9 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Изучение основных закономерностей взаимоотношения структуры и экспрессии генома пикорнавирусов
Результаты этапа: Подтверждена возможность и эффективность использования нового метода CRISPR/Cas-генетического скрининга в целях поиска генов клетки-хозяина, необходимых для заражения и продуктивной вирусной инфекции. Это следует из факта выявления нами данным методом генов, чья роль в инфекции соответствующими вирусами была уже известна (PVR для полиовируса, CXADR для вируса Коксаки B3, SCARB2 для вируса Коксаки А16 и др.). Кроме того, многочисленные опыты позволили идентифицировать гены, не описанные ранее как важные для определённого вируса, но известные для близкородственных вирусов: SLC35A1 и SLC35A2 для вируса Льюнган и PA2G4 для вируса энцефаломиокардита. А также найдены гены, ранее не известные в качестве необходимых для вирусной инфекции: ген MBNL1 для четырёх разных эховирусов, ген PVRL3 для вируса Коксаки B5, гены CD48 и PRR20E для вируса клещевого энцефалита.
10 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Изучение основных закономерностей взаимоотношения структуры и экспрессии генома пикорнавирусов
Результаты этапа: Продолжены работы по идентификации генов человека, чьи продукты участвуют в различных вирусных инфекциях на разных стадиях. Для этого использован метод CRISRP/Cas-опосредованного генетического скрининга, который позволяет идентифицировать такие гены, а также другие методы: CRISPR-нокаут, мРНК-трансфекция и in vitro трансляция репортерных мРНК и проч. Получены клеточные линии с нокаутами генов SLC35A1, SLC35B2, MBNL1 и др. Продолжена работа по созданию мультимодальной платформы для мРНК-терапии. Сделано несколько значимых находок в области системной биологии старения – в частности, показано улучшение физиологических параметров, связанных со старением, у мышей под действием периодической экспрессии гена FoxM1; выявлены уникальные особенности гемопоэза голого землекопа; показано, что консервативные гены обогащены факторами продления жизни; на двух разных моделях (мыши и рачки дафнии) показано, что лечение рапамицином во время развития увеличивает продолжительность жизни и здоровье самцов. Показана эффективность модели децентрализованной помощи при инфекции вирусом гепатита С среди населения на примере г.Дели (Индия). Получена структура комплекса человеческой рибосомы с низкомолекулярным ингибитором растительного происхождения айлантоном (компонентом препаратов восточной медицины, имеющим противоопухолевую и противовирусную активность). Создана база данных транслируемых рамок в повторяющихся элементах человеческого генома: https://riborepa.autosome.org/.
11 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Изучение основных закономерностей взаимоотношения структуры и экспрессии генома пикорнавирусов
Результаты этапа: В 2023 году в Отделе взаимодействия вирусов с клеткой НИИ ФХБ МГУ были проведены работы по трём направлениям: изучение молекулярных механизмов вирусных инфекций, изучение механизмов биосинтеза белка и биология старения. На основе ранее полученной нами линии клеток, дефектных по синтезу гепарансульфатов, проведены CRISPR-скрининги, направленные на поиск генов, необходимых для продуктивной инфекции несколькими флавивирусами (которые используют гепарансульфаты для первичной адсорбции, в том числе вирусом японского энцефалита, JEV, и вирусом лихорадки Западного Нила, WNV). Продолжено изучение роли белка ITAF45 в инфекции пикорнавирусом EMCV (вирус энцефаломиокардита). По следующему направлению также проведён ряд исследований и опубликованы статьи. Показана локализация факторов терминации трансляции и факторов рециркуляции рибосом в стресс-гранулах при окислительном стрессе, а также повышенная частота сквозных прочтений стоп-кодона и реинициации в этих же условиях. Показано, что одиночная остановившаяся на мРНК 80S рибосома предотвращает вовлечение мРНК в стресс-гранулы. С помощью биоинформатического анализа большого количества публично доступных данных изучен состав факторов трансляции в человеческих органах и тканях. Продолжена поддержка базы данных EuPSIC, содержащей информацию об ингибиторах эукариотической трансляции (https://eupsic.belozersky.msu.ru/) – на данный момент база данных включает сведения о 450 химических соединений. Осуществлена успешная доставка в организм мышей гена однодоменных антител против ботулинического нейротоксина А с использованием разработанной универсальной платформы для мРНК-терапии, что обеспечило защиту мышей от летальных доз нейротоксина. Наибольшее же число сильных публикаций принесли проекты в области биологии старения. В журнале Cell вышли результаты большого исследования различий в механизмах долголетия у разных видов млекопитающих (а также внутри видов) и их связи со старением. В журнале Nature вышла работа, в которой показано, что повышенное содержание гиалуронана у голого землекопа улучшает продолжительность здоровья мышей. В других работах изучены последствия долгосрочного гетерохронного парабиоза (хирургического соединения кровотоков старых и молодых мышей); показано, что биологический возраст увеличивается при стрессе и восстанавливается при выздоровлении; что снижение регуляции митохондриального метаболизма является причиной быстрой потери скелетных мышц во время старения у мышей; что ускоренная элонгация транскрипции во время старения уменьшает продолжительность жизни; что терапия сенолитиками облегчает физиологическое старение мозга человека и невропатологию, вызванную COVID-19; что рилменидин продлевает продолжительность жизни и здоровье Caenorhabditis elegans посредством нишарин-I1-имидазолинового рецептора; изучены эффекты химически индуцированного репрограммирования клеток на их эпигенетический возраст.
12 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Изучение основных закономерностей взаимоотношения структуры и экспрессии генома пикорнавирусов
Результаты этапа: В 2024 году в Отделе взаимодействия вирусов с клеткой и в Лаборатории системной биологии старения НИИ ФХБ МГУ были проведены работы по трём направлениям: (1) изучение молекулярных механизмов вирусных инфекций, (2) изучение механизмов биосинтеза белка и (3) системная биология старения. По первому направлению работы были в основном сосредоточены на проведении, анализе и верификации результатов CRISPR-скринингов, направленных на поиск генов, необходимых для продуктивной инфекции несколькими вирусами (в том числе флавивирусами, которые используют гепарансульфаты для первичной адсорбции: вирусом японского энцефалита и вирусом лихорадки Западного Нила, а также пикорнавирусами). В результате нового скрининга клеток, заражённых вирусом японского энцефалита, идентифицирован ген, нокаут которого делает клетки устойчивым к нескольким флавивирусам. Получены «чистые» нокаутные линии по этому гену и двойные – по нему и по гену SLC35B2, идентифицированному в более раннем скрининге и необходимому для синтеза гепарансульфатов. Продолжено изучение роли нескольких белков в инфекции энтеровирусами и кардиовирусами. По второму направлению также проведён ряд исследований: проанализированы эффекты индивидуальных и двойных нокаутов генов, кодирующих факторы рециклинга рибосом, в дрожжах S. cerevisiae на двух различных репортерах, а также продолжены работы по развитию технологии мРНК-трансфекции культивируемых клеток млекопитающих. По третьему направлению произведён сбор обширных транскриптомных данных из публично доступных источников, на основании которых разрабатываются транскриптомные часы старения нового поколения и создана база данных.
13 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Изучение основных закономерностей взаимоотношения структуры и экспрессии генома пикорнавирусов
Результаты этапа:
14 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. Изучение основных закономерностей взаимоотношения структуры и экспрессии генома пикорнавирусов
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы

№ Имя Описание Имя файла Размер Добавлен
2. project_report_gost_NO_FINANCIAL_INFO.pdf project_report_gost_NO_FINANCIAL_INFO.pdf 37,9 КБ 20 декабря 2023 [zhivotnoe]
3. Dmitriev_project_report_gost_2023.pdf Dmitriev_project_report_gost_2023.pdf 46,3 КБ 21 декабря 2023 [zhivotnoe]
4. Otchyot_po_gosteme_2022.pdf Otchyot_po_gosteme_2022.pdf 43,7 КБ 20 декабря 2023 [zhivotnoe]