Множество жизненно важных процессов в клетке выполняются особыми белковыми структурами – тубулиновыми микротрубочками. Среди них внутриклеточный транспорт, поддержание формы клетки, внутренняя организация органелл, клеточное деление, миграция, поляризация, движение жгутиков и ресничек и другие.

Микротрубочки обладают важной, но до конца не разгаданной способностью удлиняться и укорачиваться, благодаря чему могут динамически подстраивать внутриклеточный скелет под текущие задачи клетки. Кроме того, их динамика позволяет развивать толкающие и тянущие силы, которые играют ключевую роль при разделении хромосом в процессе деления клеток. Динамика микротрубочек тонко регулируется десятками различных белков, точные механизмы работы большинства из которых также остаются неизвестны. Из-за важной роли динамики микротрубочек во время клеточного деления, она являются ключевой мишенью для многих современных препаратов химиотерапии рака. В числе этих препаратов, одни из наиболее известных и эффективных из ныне существующих ингибиторов динамики микротрубочек – таксол и винбластин, которые, по-разному подавляя динамику микротрубочек, останавливают деление раковых клеток.

В нашей группе ведутся теоретические и экспериментальные исследования микротрубочек по следующим тематикам:

1) Фундаментальные механизмы динамической нестабильности микротрубочки
2) Механизмы работы микротрубочки как молекулярного мотора – древнейшего генератора силы внутри клетки
3) Механизмы регуляции динамики микротрубочек ассоциированными белками
4) Расшифровка молекулярных основ работы ингибиторов динамики микротрубочек и разработка лекарств на новых принципах работы.

Основные достижения работы лаборатории:

1) Экспериментально и теоретически показан принципиально новый механизм полимеризации основного цитосклетеного филамента - микротрубочек за счет смыкания изогнутых протофиламентов под воздействием тепловых колебаний. Методами многомаштабного моделирования (полноатомная молекулярная динамика, броуновская динамика, Монте-Карло моделирование) проанализированы эффекты гидролиза гуанозинтрифосфата в кармане тубулинов на изменение жесткости междимерных интерфейсов в протофиламентах микротрубочки. Создана компьютерная модель генерации сил микротрубочками для перемещения хромосом и других внутриклеточных грузов.
2) Экспериментально исследованы молекулярные аспекты взаимодействия микротрубочек и важных ассоциированных белков (митотический кинезин CENP-E, кинетохорный комплекс NDC80, Dam1, плюс-концевой белок EB1, полимераза XMAP215), предложены теоретические модели этих взаимодействий.
3) Исследованы фундаментальные механизмы модулирования микротрубочек низкомолекулярными ингибиторами таксол, винбластин, эрибулин и колхицин.
4) Продемонстрирована прямая роль неструктурированных высокозаряженных C-концов в модуляции процесса сборки микротрубочек.
5) Найдены новые перспективные соединения, ингибирующие взаимодействия микротрубочек и кинетохорного комплекса NDC80, с целью создания на их основе средств противоопухолевой химиотерапии нового поколения.

Сотрудники лаборатории:

ведущий научный сотрудник д.ф.-м.н. И.Б. Коваленко
старший научный сотрудник к.ф.-м.н. В.А. Федоров
старший научный сотрудник к.б.н. А.В. Коршунова
научный сотрудник к.б.н. Е.Г. Холина
младший научный сотрудник Ю.Н. Борзунова
младший научный сотрудник М.Н. Анисимов
аспирант В.В. Александрова