Группа по изучению роли белка альфа-синуклеина в развитии нейродегенеративных заболеваний

Ключевую роль в патогенезе болезни Паркинсона (БП) и других синуклеинопатиях играет накопление нейротоксичных форм белка альфа-синуклеина в тканях головного мозга. В нашей лаборатории проводятся исследования по изучению молекулярно-генетических основ и механизмов развития группы нейродегенеративных заболеваний под названием синуклеинопатии (болезнь Паркинсона (БП), деменция с тельцами Леви (ДТЛ) и множественная системная атрофия (МСА)), основным патологическим признаком которых является накопление включений белка альфа-синуклеина в цитоплазме  нейрональных и глиальных клеток мозга. С использованием методов циклической амплификации неправильного свернутого белка (PMCA), вестерн-блоттинга и иммуно-ферментного анализа в биологических жидкостях (спинномозговая жидкость (СМЖ), плазма), а также клетках периферической крови пациентов с синуклеинопатиями, проводятся исследования по оценке уровня белка альфа-синуклеина и его способности к агрегации. В данных группах пациентов ведется скрининг генетических вариантов гена SNCA. В CD45+ клетках периферической крови оценивается степень метилирования регуляторной области гена SNCA, его экспрессия, а также уровень мРНК сплайсинг вариантов гена SNCA (SNCA-140, SNCA-126, SNCA-112, SNCA-98). Совместно с другими подразделениями корпуса при данных патологиях с использованием метода криоэлектронной, сканирующей и просвечивающей микроскопии проводится изучение морфологических особенностей экзосом СМЖ и плазмы крови. В экзосомах плазмы периферической крови пациентов проводится оценка уровня альфа-синуклеина.

Проводятся эксперименты, направленные на оценку вклада дисфункции ферментов лизосом в олигомеризацию альфа-синуклеина, накопление его модифицированных форм и изменение процесса аутофагии как в клетках периферической крови при БП, так и в экспериментах in vitro на клеточной культуре нейробластомы SH-SY5Y с гиперэкспрессией гена альфа-синуклеина и миРНК-опосредованным нокдауном генов, ассоциированных с лизосомными болезнями накопления.

В настоящее время БП является неизлечимым заболеванием, а вся терапия, которая применяется в клинической практике, носит симптоматический характер. Совместно с другими подразделениями корпуса, а также ПСПбГМУ им. акад. И.П. Павлова нами проводится работа, направленная на разработку химических соединений, молекулярных шаперонов глюкоцереброзидазы, для лечения болезни Паркинсона, ассоциированной с мутациями в гене глюкоцереброзидазы, а также болезни Гоше. Мутации в данном гене приводят к потере пространственной структуры фермента, нарушению его функции и накоплению нерасщепившегося субстрата, что может способствовать агрегации альфа-синуклеина и развитию нейродегенерации. С помощью компьютерного моделирования проводится дизайн химических соединений, способных связываться с ферментом и восстанавливать его структуру. Далее эти соединения синтезируются и проверяются на способность восстанавливать функцию GCase на пациент-специфичных клетках пациентов с мутациями в гене GBA (первичная культура макрофагов, ИПСК-индуцированные дофаминергические нейроны). На настоящий момент нами было предложено и синтезировано свыше 10 соединений, из которых наибольшей активностью в отношении глюкоцереброзидазы обладало соединение, которое мы назвали N2, являющееся производным салициловой кислоты. На данное соединение был получен патент и в настоящее время проводится проверка его нейропротекторных свойств на животных, а также планируется доклиническое исследование. Кроме того, в лаборатории также с помощью компьютерного моделирования проводится работа по репозиционированию одобренных к применению в клинической практике препаратов.  Выявлены кандидатные препараты, способные влиять на активность GCase.

Руководство грантами

РФФИ «Анализ относительных уровней экспрессии генов-кандидатов в периферической крови у пациентов с болезнью Паркинсона. Научный проект Емельянова Антона Константиновича из Федерального государственного бюджетного учреждения «Петербургский институт ядерной физики им. Б.П.Константинова», г. Гатчина, Ленинградская область в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте молекулярной генетики Российской академии наук, Москва» №13-04-90750 мол_рф_нр (2013 г.)

РФФИ, 16-04-01187 А, Дофамин-опосредованная эпигенетическая регуляция экспрессии гена альфа-синуклеина при болезни Паркинсона, руководитель (2016- 2018гг).

РНФ: «Анализ нейропротекторных свойств фармакологических шаперонов глюкоцереброзидазы» №17-75-20159 (2017-2020 гг).

РНФ: «Поиск потенциальных фармакологических шаперонов глюкоцереброзидазы: виртуальный скрининг и оценка эффективности на модели дофаминергических нейронов» №22-25-00721 (2022-2023 гг).

РНФ: «Роль дисфункции ферментов лизосом в олигомеризации альфа-синуклеина и накоплении его модифицированных форм в клетках крови при болезни Паркинсона и в экспериментах in vitro» №24-25-00397 (2024-2025 гг).

Список наиболее значимых публикаций

Монографии

  1. Пчелина С.Н Усенко Т.С., Боганькова Н.А., Якимовский А.Ф., Емельянов А.К., Дроздова А.С., Вавилова Т.В., Шварцман А.Л., Механизм клеточной гибели при LRRK2-ассоциированной болезни Паркинсона. В руководстве для врачей Болезнь Паркинсона и расстройства движений. Под ред. С.Н.Иллариошкина, О.С.Левина. М.: ЗАО «Серебряные нити», 2011, с.33-40.
  2. Якимовский А.Ф., Иванова О.Н., Емельянов А.К., Пчелина С.Н. Особенности клинического течения болезни Паркинсона, ассоциированной с мутациями в гене LRRK В руководстве для врачей Болезнь Паркинсона и расстройства движений. Под ред. С.Н.Иллариошкина, О.С.Левина. М.: ЗАО «Серебряные нити», 2011, с.20-32.
  3. Нужный Е.П., Емельянов А.К., Букина Т.М., Салогуб Г.Н., Якимовский А.Ф., Захарова Е.Ю., Пчелина С.Н. Повышенный уровень олигомерного альфа-синуклеина в плазме крови у пациентов с лизосомными болезнями накопления. В сборнике: Редкие (орфанные) заболевания и врожденные пороки развития. 2014. Санкт-Петербург, «Феникс», 151-156. Тираж 500 экз.
  4. Пчелина С.Н., Емельянов А.К., Нужный Е.П., Усенко Т.С., Якимовский А.Ф., Захарова Е.Ю. Агрегация альфа-синуклеина как возможный молекулярный механизм связи болезни Паркинсона и лизосомных болезней накопления. Болезнь Паркинсона и расстройства движений. Москва, 2014, «РКИ Соверо пресс», стр. 21-28б Тираж 1100
  5. Пчелина С.Н.. Емельянов А.К. Альфа-синуклеин как биомаркер болезни Паркинсона. «Нейродегенеративные заболевания: от генома до целостного организма». В 2-х томах. Под ред. М.В. Угрюмова. Москва.: Научный мир, 2014 (ISBN общ. — 978-5- 91522-400-0). — Т. 1 — 580 стр. (ISBN — 978-5-91522-395-9), Т.2 — 848 стр. (ISBN — 978-5- 91522-401-7), Том №1, стр. 233-250, Тираж 250.
  6. Пчелина С.Н., Емельянов А.К., Усенко Т.С. Молекулярные основы болезни Паркинсона, обусловленные мутациями в гене LRRK «Нейродегенеративные заболевания: от генома до целостного организма». В 2-х томах. Под ред. М.В. Угрюмова. Москва.: Научный мир, 2014 (ISBN общ. — 978-5-91522-400-0). — Т. 1 — 580 стр. (ISBN — 978-5-91522-395-9), Т.2 — 848 стр. (ISBN — 978-5-91522-401-7), Том №1, стр. 287-304. Тираж 250

Патенты

Патент (RU2657763C1) «Способ диагностики болезни Паркинсона», авторы: Пчелина С.Н., Емельянов А.К., Андоскин П.А., Сенкевич К.А., Николаев М.А., Якимовский А.Ф., Тимофеева А.А., Милюхина И.В., Дубина М.В. (2018)

Патент (№ RU2750357C1) СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА, АССОЦИИРОВАННОЙ С МУТАЦИЯМИ В ГЕНЕ ГЛЮКОЦЕРЕБРОЗИДАЗЫ (GBA) Байдакова Г. В., Емельянов А. К., Захарова Е. Ю., Копытова А. Э., Милюхина И. В., Николаев М. А., Пчелина С. Н., Сенкевич К. А., Усенко Т. С. (2021)

Патент №RU2809824 C1 «Аллостерический фармакологический шаперон, восстанавливающий функцию глюкоцереброзидазы» Байдакова Г.В., Бойцов В.М., Емельянов А.К., Захарова Е.Ю., Ибатуллин Ф.М., Изюмченко А.Д., Копытова А.Э., Милюхина И.В., Николаев М.А., Пчелина С.Н., Рычков Г.Н., Чеблоков А.А. (2023)

Статьи

    1. Pchelina Sofya N., Yakimovskii Andrei F., Ivanova Olga N., Emelianov Anton K., Zakharchuk Andrei H. , Schwarzman Alexander L.. G2019S LRRK2 Mutation in Familial and Sporadic Parkinson’s Disease in Russia. Mov Disord 2006; 21(12):2234-6
    2. Pchelina SN, Yakimovskii AF, Emelyanov AK, Ivanova ON, Schwarzman AL, Singleton AB. Screening for LRRK2 mutations in patients with Parkinson’s disease in Russia: identification of a novel LRRK2 variant. Eur J Neurol. 2008 15:692-696. (Apr 23
    3. Пчелина С.Н., Емельянов А.К., Якимовский А.Ф., Миллер Д.В., Шабалина И.Г., Дроздова А.С., Шварцман А.Л Сниженный уровень альфа-синуклеина в лейкоцитах периферической крови у пациентов с LRRK2-ассоциированной болезнью Паркинсона, Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 2010, 150(12):619-621.
    4. Emelyanov A., Bukina T., Usenko T., Drosdova A., Zakharchuk A., Andoskin P., Dubina M., Schwarzman A, Pchelina S. Glucocerebrosidase gene mutations are associated with Parkinson’s disease in Russia. Movement Disorders. 2012. — Vol. 1. – P.158-159 2011
    5. Emelyanov A, Andoskin P, Yakimovskii A, Usenko T, Nuzhnyi E, Nikolaev M, Pchelina S. SNCA, LRRK2, MAPT polymorphisms and Parkinson’s disease in Russia. Parkinsonism Relat Disord. 2013, Vol.19(11), P.1064-5.
    6. Pchelina SN, Nuzhnyi EP, Emelyanov AK, Boukina TM, Usenko TS, Nikolaev MA, Salogub GN, Yakimovskii AF, Zakharova EY. Increased plasma oligomeric alphasynuclein in patients with lysosomal storage diseases // Neurosci Lett. – 2014. – 583:188-193
    7. Nuzhnyi E., Emelyanov A., Boukina T., Usenko T., Yakimovskii A., Zakharova E, Pchelina S. Plasma oligomeric alpha-synuclein is inversely associated with glucocerebrosidase activity in Gaucher disease type 1 patients. Movement Disorder, 2015, 30(7):989-991
    8. Емельянов А. К., Андоскин П. А., Милюхина И. В., Тимофеева А. А., Якимовский А.Ф., Сенкевич К. А., Николаев М. А., Пчелина С. Н. Ассоциация rs356219 и rs356165 с болезнью Паркинсона и повышенной экспрессией гена альфа синуклеина в СD45+-клетках крови. Цитология, 2016, 58 (2) : 99–104
    9. Нужный Е.П., А.Ф. Якимовский, А.А. Тимофеева, Т.С. Усенко, М.А.Николаев, А.К.Емельянов, В.И. Амосов, Е.В. Бубнова, А.М. Букина, Е.Ю. Захарова, Пчелина С.Н. Мутация del 1,02kb в гене CLN3 и синдром экстрапирамидных расстройств// Журнал неврологии и психиатрии им.С.С.Корсакова, 2016. Т.116. №8. С 50-53
    10. Pchelina S, Emelyanov A, Baydakova G, Andoskin P, Senkevich K, Nikolaev M, Miliukhina I, Yakimovskii A, Timofeeva A, Fedotova E, Abramycheva N, Usenko T, Kulabukhova D, Lavrinova A, Kopytova A, Garaeva L, Nuzhnyi E, Illarioshkin S, Zakharova E. Oligomeric α-synuclein and glucocerebrosidase activity levels in GBAassociated Parkinson’s disease. Neurosci Lett, 2017, Vol. 636, P.70–76
    11. Emelyanov A, Andoskin P,Pchelina S. Dataset of total, oligomeric alpha-synuclein and hemoglobin levels in plasma in Parkinson’s disease. Data in Breif, 2016, 10:182–185.
    12. Aung, T., Ozaki, M., Lee, M……Emelyanov, A……Khor, C.C. Genetic association study of exfoliation syndrome identifies a protective rare variant at LOXL1 and five new susceptibility loci. Nat Genet 49, 993–1004 (2017).
    13. Emelyanov, À.K., Lavrinova, A.O., Litusova, E.M., Kulabukhova, D.G., Miliukhina, I.V., Berkovich, O.A., Pchelina, S.N. Plasma dopamine and SNCA gene expression in CD45+ peripheral blood cells in Parkinson’s desease (2018) Tsitologiya, 60 (7), pp. 540-543 (in Russian)
    14. Shulskaya MV, Alieva AK, Vlasov IN, Zyrin VV, Fedotova EY, Abramycheva NY, Usenko TS, Yakimovsky AF, Emelyanov AK, Pchelina SN, Illarioshkin SN, Slominsky PA, Shadrina MI. Whole-Exome Sequencing in Searching for New Variants Associated With the Development of Parkinson’s Disease. Front Aging Neurosci. 2018 15;10:136.
    15. Pchelina S.N, Baydakova G.V., Nikolaev M.A., Senkevich K.A., Emelyanov A.K., Kopytova A.E., Miliukhina I.A., Yakimovskii A.F., Timofeeva A.A., Fedotova E. Y., Illarioshkin S.N., Zakharova E.Y. Blood lysosphingolipids accumulation in patients with parkinson’s disease with glucocerebrosidase 1 mutations. Movement Disorders. 2018;33(8): 1316-1321.
    16. Emelyanov, A.K., Lavrinova, A.O., Litusova, E.M., Knyazev, N.A., Kulabukhova, D.G., Garaeva, L.A., Milyukhina, I.V., Berkovich, O.A., Pchelina, S.N. The Effect of Dopamine on Gene Expression of Alpha-synuclein and Transcription Factors GATA-1, GATA-2, and ZSCAN21 in Parkinson’s Disease (2018) Cell and Tissue Biology, 12 (5), 410-418. (in Russian)
    17. Emelyanov AK, Usenko TS, Tesson C, Senkevich KA, Nikolaev MA, Miliukhina IV, Kopytova AE, Timofeeva AA, Yakimovsky AF, Lesage S, Brice A, Pchelina SN. Mutation analysis of Parkinson’s disease genes in a Russian data set. Neurobiol Aging. 2018 Nov;71:267.e7-267.e10.
    18. Emelyanov, A., Kulabukhova, D., Garaeva, L., Senkevich, K., Verbitskaya, E., Nikolaev, M., Andoskin, P., Kopytova, A., Milyukhina, I., Yakimovskii, A., Timofeeva, A., Prakhova, L., Ilves, A., Vlasova, I., Pchelina, S. SNCA variants and alpha-synuclein level in CD45+ blood cells in Parkinson’s disease (2018) Journal of the Neurological Sciences, 395, pp. 135-140
    19. Schwarzman AL, Senkevich KA, Emelyanov AK, Pchelina SN. [Prion Properties of Alpha-Synuclein]. Mol Biol (Mosk). 2019 May-Jun;53(3):380-387.
    20. Emelyanov A, Shtam T, Kamyshinsky R, Garaeva L, Verlov N, Miliukhina I, Kudrevatykh A, Gavrilov G, Zabrodskaya Y, Pchelina S, Konevega A. Cryo-electron microscopy of extracellular vesicles from cerebrospinal fluid. PLoS One. 2020 Jan 30;15(1):e0227949.
    21. Pechkovskaya SA, Knyazev NA, Matantseva OV, Emelyanov AK, Telesh IV, Skarlato SO, Filatova NA. Dur3 and nrt2 genes in the bloom-forming dinoflagellate Prorocentrum minimum: Transcriptional responses to available nitrogen sources. Chemosphere. 2020 Feb;241:125083.
    22. Shtam Tatiana,Naryzhny Stanislav, Kulabukhova Darya, Garaeva Luiza, Senkevich Konstantin, Landa Sergey, Varfolomeeva Elena, Salogub Galina, Verlov Nikolai, Kopylov Arthur, Zorina Elena, Kamyshinsky Roman, Usenko Tatiana, Schwarzman Alexander, Zakharova Ekaterina, Emelyanov Anton, Pchelina Sofya Altered level of plasma exosomes in patients with Gaucher disease. Eur J Med Genet. 2020 Nov;63(11):104038.
    23. Kopytova AE, Rychkov GN, Nikolaev MA, Baydakova GV, Cheblokov AA, Senkevich KA, Bogdanova DA, Bolshakova OI, Miliukhina IV, Bezrukikh VA, Salogub GN, Sarantseva SV, Usenko TC, Zakharova EY, Emelyanov AK, Pchelina SN. Ambroxol increases glucocerebrosidase (GCase) activity and restores GCase translocation in primary patient-derived macrophages in Gaucher disease and Parkinsonism. Parkinsonism Relat Disord. 2021;84:112-121.
    24. Usenko TS, Bezrukova AI, Bogdanova DA, Kopytova AE, Senkevich KA, Gracheva EV, Timofeeva AA, Miliukhina IV, Zakharova EY, Emelyanov AK, Pchelina SN. Genetics variants and expression of the SCARB2 gene in the pathogenesis of Parkinson’s disease in Russia. Neurosci Lett. 2021 Jan 10;741:135509.
    25. Emelyanov A, Usenko T, Nikolaev M, Senkevich K, Kulabukhova D, Lavrinova A, Andoskin P, Miliukhina I, Pchelina S. Increased α-Synuclein Level in CD45+ Blood Cells in Asymptomatic Carriers of GBA Mutations. Mov Disord. 2021 Aug;36(8):1997-1998.
    26. Usenko T, Bezrukova A, Basharova K, et al. Comparative Transcriptome Analysis in Monocyte-Derived Macrophages of Asymptomatic GBA Mutation Carriers and Patients with GBA-Associated Parkinson’s Disease. Genes (Basel). 2021;12(10):1545.
    27. Usenko TS, Senkevich KA, Bezrukova AI, Baydakova GV, Basharova KS, Zhuravlev AS, Gracheva EV, Kudrevatykh AV, Miliukhina IV, Krasakov IV, Khublarova LA, Fursova IV, Zakharov DV, Timofeeva AA, Irishina YA, Palchikova EI, Zalutskaya NM, Emelyanov AK, Zakharova EY, Pchelina SN. Impaired Sphingolipid Hydrolase Activities in Dementia with Lewy Bodies and Multiple System Atrophy. Mol Neurobiol. 2022 Apr;59(4):2277-2287.
    28. Kopytova AE, Usenko TS, Baydakova GV, Nikolaev MA, Senkevich KA, Izyumchenko AD, Tyurin AA, Miliukhina IV, Emelyanov AK, Zakharova EY, Pchelina SN. Could Blood Hexosylsphingosine Be a Marker for Parkinson’s Disease Linked with GBA1 Mutations? Mov Disord. 2022 Aug;37(8):1779-1781.
    29. Kopytova AE, Rychkov GN, Cheblokov AA, Grigor’eva EV, Nikolaev MA, Yarkova ES, Sorogina DA, Ibatullin FM, Baydakova GV, Izyumchenko AD, Bogdanova DA, Boitsov VM, Rybakov AV, Miliukhina IV, Bezrukikh VA, Salogub GN, Zakharova EY, Pchelina SN, Emelyanov AK. Potential Binding Sites of Pharmacological Chaperone NCGC00241607 on Mutant β-Glucocerebrosidase and Its Efficacy on Patient-Derived Cell Cultures in Gaucher and Parkinson’s Disease. Int J Mol Sci. 2023 May 22;24(10):9105.
    30. Senkevich K, Beletskaia M, Dworkind A, Yu E, Ahmad J, Ruskey JA, Asayesh F, Spiegelman D, Fahn S, Waters C, Monchi O, Dauvilliers Y, Dupré N, Greenbaum L, Hassin-Baer S, Nagornov I, Tyurin A, Miliukhina I, Timofeeva A, Emelyanov A, Zakharova E, Alcalay RN, Pchelina S, Gan-Or Z. Association of rare variants in ARSAwith Parkinson’s disease. medRxiv [Preprint]. 2023 Mar 13:2023.03.08.23286773. doi: 10.1101/2023.03.08.23286773. Update in: Mov Disord. 2023 Oct;38(10):1806-1812.
    31. Usenko TS, Senkevich KA, Basharova KS, Bezrukova AI, Baydakova GV, Tyurin AA, Beletskaya MV, Kulabukhova DG, Grunina MN, Emelyanov AK, Miliukhina IV, Timofeeva AA, Zakharova EY, Pchelina SN. LRRK2 exonic variants are associated with lysosomal hydrolase activities and lysosphingolipid alterations in Parkinson’s disease. Gene. 2023 Oct 5;882:147639. doi: 10.1016/j.gene.2023.147639
    32. Usenko TS, Timofeeva A, Beletskaia M, Basharova K, Baydakova G, Bezrukova A, Grunina M, Emelyanov A, Miliukhina I, Zakharova E, Pchelina S. The Effect of p.G2019S Mutation in the LRRK2Gene on the Activity of Lysosomal Hydrolases and the Clinical Features of Parkinson’s Disease Associated with p.N370S Mutation in the GBA1 J Integr Neurosci. 2024 Jan 16;23(1):16.
    33. Vysochinskaya V, Zabrodskaya Y, Dovbysh O, Emelyanov A, Klimenko V, Knyazev N, Terterov I, Egorova M, Bogdanov A, Maslov M, Vasin A, Dubina M. Cell-penetrating peptide and cationic liposomes mediated siRNA delivery to arrest growth of chronic myeloid leukemia cells in vitro. Biochimie. 2024 Jun;221:1-12
    34. Senkevich K, Miliukhina I, Zhuravlev A, Shumilova M, Beletskaia M, Skvortsova T, Yu E, Ahmad J, Asayesh F, Gan-Or Z, Emelyanov A, Pchelina S. Autosomal Dominant Parkinson’s Disease Caused by SNCA p.E46K Mutation in a Family with Russian Ancestry. Mov Disord. 2024 Aug;39(8):1424-1425