Развитие диабета двух основных разновидностей (1- аутоиммунный и инсулинозависимый тип и 2- независимый от инсулина) основано на снижении функциональной активности, жизнеспособности и пролиферации производящих инсулин панкреатических бета-клеток. Эти процессы в значительной степени обусловлены действием про-воспалительных цитокинов, таких как IFNγ, IL-1β, TNFα, а также повышенной генерацией окиси азота (NO), активных форм кислорода (АФК) и азота (АФА) - как самими бета-клетками, так и клетками иммунной системы.
Проводимая нами работа была направлена на изучение внутриклеточных сигнальных систем, которые обуславливают цитотоксическое действие цитокинов на бета-клетки или, напротив повышают устойчивость клеток к патогенным факторам. Фармакологическим подходом для защиты бета-клеток может быть избирательное воздействие на зависимые от цитокинов сигнальные системы и их ключевые элементы, такие как транскрипционные факторы HIF-1α, AP-1 и Nrf2, протеинкиназы AMPK и c-Abl, фактор трансляции eIF5A.
Также мы исследовали роль адаптерного белка β-аррестин-1 в контроле внутриклеточной локализации рецептора межклеточного сигнального фактора GLP1 в бета-клетках. Известно, что GLP1 повышает секрецию инсулина и устойчивость бета-клеток к патогенным воздействиям. При связывании с лигандом происходит обратимая инактивация мембранного рецептора GLP1 и β-аррестин-1 участвует в этом процессе.
Более ранние темы (до 2011).
Были исследованы сигнальные системы, контролирующие экспрессию генов, чувствительных к АФК, АФА и ксенобиотикам, в частности MAP киназы, тирозиновые киназы семейства Src, факторы транскрипции Nrf2, NF-κB и AP-1.
В итоге был определен спектр и обнаружены новые зависимые от NO гены в культуре первичных хондроцитов и клетках моноцитарного происхождения. Изучено влияние гипоксии, а также антиоксидантов и других соединений, влияющих на образование АФК и АФА и индукцию зависимых от NO генов. Значительная часть зависимых от NO генов меняет свою экспрессию также при гипоксии, окислительном стрессе и под действием электрофильных ксенобиотиков. Вместе с тем, в целом выявленный нами спектр зависимых от NO генов уникален и не совпадает со спектрами генов, индукция которых происходит при других воздействиях на клетки. Зависимые от NO гены можно отнести к разным функциональным группам. Они участвуют в регуляции апоптоза, клеточного роста, синтеза белка и транскрипции. Зависимые от NO гены различаются по пороговым концентрациям NO, при которых происходит их индукция.
Наши исследования показали, что в моноцитах транскрипционный ответ клеток на NO опосредован промежуточной генерацией АФА и модификацией рецепторных SH-групп. Выявлены сигнальные системы, участвующие в транскрипционной активации зависимых от NO генов в клетках моноцитарного происхождения. Исследованы соединения (например, ароматические метиленмалононитрилы, АМН), способные избирательно модифицировать тиольные группы рецепторных белков, стимулировать регуляторную систему Keap1/Nrf2, подавлять экспрессию про-воспалительных генов и повышать устойчивость клеток к цитотоксическим воздействиям. Эти соединения отчасти воспроизводят клеточный ответ на NO.
В культурах панкреатических бета-клетках наряду с индукцией защитных генов (например, гемоксигеназы 1, HO-1) соединения АМН подавляют зависимую от про-воспалительных цитокинов (IL-1β и IFNγ) активацию экспрессии гена синтазы окиси азота (iNOS). Наряду с соединениями АМН ответ бета-клеток на цитокины полностью блокирует брусатол. В присутствии брусатола происходит подавление ряда ответных реакций бета-клеток на действие про-воспалительных цитокинов: апоптоза, окислительного стресса, активации экспрессии iNOS и нарушения секреции инсулина. Брусатол ингибирует экспрессию iNOS на посттранскрипционном уровне (предположительно, через подавление гипузинирования трансляционного фактора eIF5A).
Ранее нами были исследованы контролируемые интерферонами внутриклеточные системы. В частности, регуляция экспрессии и активности 2-5 олиго(А)синтетазы и триптофанил-тРНК-синтетазы (сокр: WRS) и метаболизм образуемых этими системами уникальных 2’,5’ и 5’5’ олигоаденилатов. Кроме того, изучался альтернативный сплайсинг про-мРНК гена WRS. Также проводилась работа по поиску и описанию ДНК-связывающих белков специфичных к регуляторным участкам генов.
Методы исследования.
Проточная цитометрия, блот-гибридизация белков, количественная ПЦР (RT-PCR), иммунопреципитация белков, ELISA, трансфекция клеточных культур и интерференция РНК. Также: хроматография олигонуклеотидов и белков (TLC, HPLC), очистка и фракционирование белков, молекулярное клонирование, секвенирование ДНК, исследование ДНК-связывающих белков методами сдвига электрофоретической подвижности (band-shift assay) и футпринта (protein/DNA footprint), масс-спектральный анализ.
Публикации:
1. Elksnis A., Schiffer T.A., Palm F., Wang Y., Cen J., Turpaev K., Ngamjariyawat A., Younis S., Huang S., Shen Y., Leng Y., Bergsten P., Karlsborn T., Welsh N., Wang X. Imatinib protects against human beta-cell death via inhibition of mitochondrial respiration and activation of AMPK. Clin Sci (Lond). 2021. 135:2243-2263.
2. К.Т Турпаев. Транскрипционный фактор KLF2 и его роль в регуляции воспалительныъ процессов (обзор). Биохимия. 2020. 85: 54-67.
3. Turpaev K, Krizhanovskii C, Wang X, Sargsyan E, Bergsten P, Welsh N. The protein synthesis inhibitor brusatol normalizes high-fat diet-induced glucose intolerance in male C57BL/6 mice: role of translation factor eIF5A hypusination. FASEB J. 2019. 33: 3510-3522.
4. К.Т. Турпаев. Translation factor modification with hypusine and role in regulation of gene expression. as a target for pharmacological interventions Фактор трансляции eIF5A, модификация гипузином и регуляция экспрессии генов. eIF5A как мишень для фармакологических воздействий (обзор). Биохимия. 2018. 83: 863-873.
5. Turpaev K., Welsh N. Aromatic malononitriles stimulate the resistance of insulin-producing βTC6 cells to oxidants and inflammatory cytokines. Eur. J. Pharmacol. 2016. 784: 69-80.
6. Turpaev K., Welsh N. Brusatol inhibits the response of cultured beta-cells to pro-inflammatory cytokines in vitro. Biochem. Biophys. Res. Comm. 2015. 460: 868-872.
7. Ngamjariyawat A., Turpaev K., Vasylovska S., Kozlova E.N., Welsh N. Co-culture of neural crest stem cells (NCSC) and insulin producing beta-TC6 cells results in cadherin junctions and protection against cytokine-induced beta-cell death. PloS One. 2013. 8: 1828.
8. Mokhtari D., Al-Amin A., Turpaev K., Li T., Idevall-Hagren O., Li J., Wuttke A., Fred R.G., Ravassard P., Scharfmann R., Tengholm A., Welsh N. Imatinib mesilate-induced phosphatidylinositol 3-kinase signalling and improved survival in insulin-producing cells: role of Src homology 2-containing inositol 5'-phosphatase interaction with c-Abl. Diabetologia. 2013. 56: 1327-1338.
9. К.Т. Турпаев. Keap1-Nrf2 signaling pathway: mechanisms of regulation and role in protection of cells against toxicity caused by xenobiotics and electrophiles Сигнальная система Keap1-Nrf2, механизм регуляции и роль в защите клеток от токсического действия ксенобиотиков и электрофилов (обзор). Биохимия). 2013. 78:111-126.
10. K. Turpaev, M. Ermolenko, T. Cresteil, JC. Drapier. Potency of benzylidenemalononitriles as heme oxygenase 1 inducers and protectors against oxidative stress. Structure-activity correlations. Biochem. Pharmacol., 2011, 82: 535-547.
11. K. Turpaev, A. Glatigny, J. Bignon, H. Delacroix, JC. Drapier. Variation in gene expression profiles of human monocytic U937 cells exposed to various fluxes of nitric oxide. Free Rad. Biol. Med., 2010, 48: 298-305.
12. K. Turpaev, JC. Drapier. Stimulatory effect of benzylidenemalononitrile tyrphostins on expression of NO-dependent genes in U937 monocytic cells. Eur. J. Pharmacol., 2009, 606: 1-8.
13. Е.А.Мануйлова, К.Т. Турпаев, Е.В. Панкратова. Окись азота подавляет транскрипцию гена гистона H2B. Мол. Биология, 2007, 41: 634-639.
14. К.Т. Турпаев. Роль фактора транскрипции AP-1 в интеграции клеточных сигнальных систем (обзор). Мол. Биология, 2006, 40: 945-961.
15. K. Turpaev, C. Bouton, A. Diet, A. Glatigny, JC. Drapier - Analysis of differentially expressed genes in nitric oxide-exposed human monocytic cells. Free Rad. Biol. Med. 2005, 38: 1392-1400.
16. К.Т. Турпаев, В.С. Прасолов, С. Бутон, Ж.К. Драпье, Д.Ю. Литвинов. Влияние антиоксидантов на зависимую от NO индукцию гена гемоксигеназы 1 в моноцитах U937. Мол. Биология, 2005, 39: 89-95.
17. K. Turpaev, D. Litvinov. Extracellular catalase induces cyclooxygenase 2, interleukin 8, and stromelysin genes in primary human chondrocytes. Biohimie, 2004, 86: 945-950.
18. K. Turpaev, C. Bouton, JC. Drapier. Nitric oxide-derived nitrosating species and gene expression in human monocytic cells. Biochemistry, 2004, 43, 10844-10850.
19. К.Т. Турпаев, Д.Ю. Литвинов. Редокс-зависимая регуляция генов индуцируемых окисью азота (обзор). Мол. Биология, 2004, 38: 56-58.
20. K. Turpaev, D. Litvinov, J. Justesen. 2003. Redox modulation of NO-dependent induction of interleukine 8 gene in monocytic U937 cells. Cytokine, 2003, 23: 15-22.
21. Д.Ю. Литвинов, В.И. Дубовая, М.Г. Васильев, М.В. Лекишвили, В.С. Прасолов, К.Т. Турпаев. Влияние каталазы на экспрессию NO-зависимых генов в первичных хондроцитах. Мол. Биология, 2003, 37: 482-485.
22. К.Т. Турпаев. Активные формы кислорода и регуляция экспрессии генов (обзор). Биохимия, 2002, 67: 281-292.
23. А.И. Николаев, В.И. Дубовая, Д.Ю. Литвинов, А.Б. Полтараус, Д.С. Иванов, А.М. Амченкова, А.Н. Наровлянский, А.Ф. Панасюк, В.С. Прасолов, К.Т. Турпаев. Поиск и идентификация генов индуцируемых в хондроцитах под действием окиси азота. Мол. Биология, 2002, 36: 833-841.
24. K. Turpaev, D. Litvinov, V. Dubovaya, A. Panasyuk, D. Ivanov, V. Prassolov. Induction of vascular endothelial growth factor by nitric oxide in cultured human articular chondrocytes. Biochimie, 2001, 83: 515-522.
25. K. Turpaev, R. Hartmann, J. Justesen. 2`-adenylated derivatives of Ap3A activate RNase L. FEBS Letters, 1999, 457: 9-12.
26. И.Л. Иванова, В.И. Попенко, Н.Е. Черни, А.Н. Наровлянский, А.М. Амченкова, К.Т. Турпаев. Внутриклеточная локализация триптофанил-тРНК синтетазы в линии клеток моноцитов человека после обработки интерфероном. Мол. Биология. 1998, 32: 875-882.
27. К.Т. Турпаев. Роль окиси азота в передаче сигнала между клетками (обзор). Мол. Биология. 1998, 32: 581-591.
28. K. Turpaev, R. Hartmann, L. Kisselev, J. Justesen. Ap3A and Ap4A are primers for oligoadenylate synthesis catalyzed by interferon-inducible 2-5A synthetase. FEBS Letters, 1997, 408: 177-181.
29. K.T. Turpaev, A.M. Amchenkova, A.N. Narovlyansky. Two pathways of the nitric oxide-induced cytotoxycal action. Biochem. Molec. Biol. Intern. 1997, 41: 1025-1033.
30. K.T. Turpaev, V.M. Zachariev, I.V. Sokolova, A.N. Narovlyansky, A.M. Amchenkova, J. Justesen, L.Yu. Frolova. Alternative processing of the tryptophanyl-tRNA synthetase mRNA from interferon-treated human cells. Eur. J. Biochem., 1996, 240: 732-737.
31. A.A. Vartanian, A.N. Narovlyansky, A.M. Amchenkova, K.T. Turpaev, L.L.Kisselev Interferons induce accumulation of diadenosine triphosphate (Ap3A) in human cultured cells. FEBS Letters. 1996, 381: 32-34.
32. К.Т. Турпаев, В.М. Блинов, Л.Л. Киселев. Короткая 5’-концевая последовательность про-мРНК триптофанил-тРНК синтетазы подавляет сплайсинг альтернативных экзонов. Доклады РАН 1996, 349: 698-700.
33. И.В. Соколова, А.Н. Наровлянский, А.М. Амченкова, К.Т. Турпаев. Альтернативный сплайсинг 5’-концевых экзонов гена триптофанил-тРНК синтетазы человека. Мол. Биология. 1992, 30: 319-329.
34. А.А. Вартанян, К.Т. Турпаев, А.Н. Наровлянский, А.М. Амченкова, Л.Л. Киселев. Интерфероны индуцируют накопление диаденозинтрифосфата (Ap3A) в моноцитах человека. Доклады РАН 1995, 344: 252-255.
35. К.Т. Турпаев, А.В. Горюнов. Статистический анализ энхансеров ряда эукариотических генов. Мол. Биология. 1992, 26: 462-474.
36. K.T. Turpaev, A.V. Itkes, N.M. Alexandrova, O.V. Pokrovskaya, L.R.Imamova, B.K. Chernov, and L.L. Kisselev - Binding of proteins of HeLa cell extract to oligonucleotides containing consensus IRS and to IRS-containing fragment of human c-myc gene. - Eur. J. Biochem., 1991, 200: 107-111.
37. Y.S. Vassetzky, K.T. Turpaev, M.A. Lagarkova, S.V. Razin. Characterization of a novel chicken repeat that contains both a nuclear matrix attachment site and a recognition sequence for a novel soluble DNA-binding protein. The Nucleus, 1991, 34: 49-52.
38. К.Т. Турпаев, Е.С. Васецкий. Ядерные белковые факторы, узнающие специфические последовательности ДНК. Обзор. Генетика 1990, 804-816.
39. К.Т. Турпаев, В.В. Адлер, С.В. Разин. Специфическое связывание растворимых ядерных белков с клонированными фрагментами постоянно прикрепленной к ядерному скелету ДНК. Доклады АН СССР 1990, 314: 1260-1263.
40. А.Н. Наровлянский, К.Т. Турпаев, А.М. Амченкова, А.В. Иткес, Е.Г. Алимов. Индукция интерферон-специфических ферментов в чувствительных и устойчивых к интерферону клетках. Мол. Генетика. Микробиол. Вирусол. 1988 (2): 34-39.
41. А.И. Бохонько, К.Т. Турпаев, А.В. Иткес, Т.В. Мамонтова, Т.Г. Орлова. Эффект модуляции продукции интерферона в обработанных интерфероном клетках L-929. Мол. Генетика. Микробиол. Вирусол. 1988 (2): 28-33.
42. К.Т. Турпаев, А.В. Тимофеев, К.А. Кафиани – Активация 2-5 олиго(А) синтетазы при тепловом воздействии на культуру фибробластов хомячка. Доклады АН СССР 1987, 297: 737-740.
43. A.V. Itkes, O.N. Kartasheva, V.L. Tunitskaya, K.T. Turpaev, C.A. Kafiani, and E.S. Severin - Activities of cAMP- dependent protein kinase and enzymes of 2`,5`-oligoadenylate metabolism in NIH 3T3 cells deepening into the resting state. - Exp. Cell Res., 1985, 157: 335-342.
44. E. S. Severin, A.V. Itkes, O.N. Kartasheva, V.L. Tunitskaya, K.T. Turpaev, and C.A. Kafiani - Regulation of 2-5 A phosphodiesterase activity by cAMP- dependent phosphorylation: mechanism and biological role. - Adv. Enz. Reg., 1985, 23: 365-376.
45. О.Н. Карташева, А.В. Иткес, К.Т. Турпаев, В.Л. Туницкая, Е.С. Северин. Исследование 2’-фосфодиэстеразной активности в культуре NIH 3T3 при активации цАМФ-зависимого фосфорилирования. Мол. Биология. 1985, 19: 450-455.
46. A.V. Itkes, K.T. Turpaev, O.N. Kartasheva, V.L. Tunitskaya, and C.A. Kafiani - The mechanisms of the cyclic AMP- dependent regulation of the enzymes of the 2`,5`-oligoadenylate system. - FEBS Lett., 1984, 171: 101-105.
47. К.Т. Турпаев, А.В. Иткес, О.Н. Карташева, В.Л. Туницкая, К.А. Кафиани – Циклический АМФ регуляция 2-5 олиго(А) синтетазной активности в культуре клеток фибробластов мыши. Доклады АН СССР 1984, 275: 1231-1234.
48. A.V. Itkes, K.T. Turpaev, O.N. Kartasheva, C.A. Kafiani, and E.S. Severin. Cyclic AMP-dependent regulation of synthesis and phosphodiesterase of 2`,5`- oligoadenylate in NIH 3T3 cells. Mol. Cell. Biochem., 1984, 8: 165-171.
49. A.V. Itkes, K.T. Turpaev, O.N. Kartasheva, V.L. Tunitskaya, C.A. Kafiani, E.S. Severin. Regulation of 2`,5`-oligo(A) synthetase activity in theophylline-treated NIH 3T3 cells. FEBS Lett., 1984, 166: 199-201.
50. C.A. Kafiani, A.V. Itkes, O.N. Kartasheva, M.N. Kochetkova, K.T. Turpaev, E.S. Severin. A study of the relationship between the interferon enzyme system and the system of the cyclic nucleotide metabolism. - Adv. Enz. Reg., 1983, 21: 353-365.
51. A.V. Itkes, K.T. Turpaev, O.N. Kartasheva, A.I. Vagonis, C.A.Kafiani, E.S. Severin. Theopylline-induced 2`,5`-oligo(A) synthetase in NIH 3T3 cells. Biochem. Intern., 1982, 5: 15-21.