Молекулярная биология

1) «Определение влияния структурных модификаций белков капсида AAV на активность и безопасность генетической терапии наследственных заболеваний»

Пост-трансляционные изменения белков капсида могут оказывать влияние на тропность, эффективность трансдукции и иммуногенность вирусных частиц. В частности, известно, что гликозилирование аспарагинов белков капсида AAV увеличивает иммуногенность, а фосфорилирование тирозинов снижает эффективность трансдукции вирусных частиц. Ряд авторов указывают на то, что точечное изменение аминокислот, склонных к модификации, позволяет улучшить эффективность и безопасность генной терапии. Тем не менее потенциал такого подхода недостаточно изучен.

В рамках научного проекта предполагается:

• определить закономерности модификаций аминокислот капсидов вирусных частиц нескольких серотипов методом масс-спектрометрии высокого разрешения
• осуществить единичные точечные замены этих аминокислот и подтвердить ожидаемые структурные изменения
• определить закономерности модификаций аминокислот капсидов вирусных частиц в зависимости от параметров биотехнологического процесса
• с помощью клеточных и животных моделей оценить влияние изменений на эффективность трансдукции, тропность и иммуногенность вирусных частиц
• предложить стратегии сайт-направленной модификации вирусных частиц для получения желаемой тропности и увеличения эффективности трансдукции
• предложить оптимальные параметры биотехнологического процесса получения AAV векторов с ожидаемым профилем пост-трансляционных модификаций белков капсидов.

Научный руководитель: Александр Владимирович Карабельский – кандидат биологических наук, руководитель направления «Генная терапия» Научно-технологического университета «Сириус». Соавтор нескольких патентов по направлениям получения рекомбинантных белков (модифицированных интерферонов и факторов свертывания крови, триспецифичных антител), модифицированных вирусных капсидов AAV, новых нуклеаз и альтернативных сигнальных доменов в CAR-T клетках.

Научный руководитель: Александр Сергеевич Малоголовкин – кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник направления «Генная терапия» Научно-технологического университета «Сириус».

2) «Направленная эволюция и рациональный дизайн онколитических вирусов для высокоселективного уничтожения опухолей»

Современная терапия злокачественных новообразований имеет в своем арсенале широкий спектр подходов. Наряду с химио-, радиотерапией и таргетной терапией, активация иммунного ответа пациента на раковые клетки (иммунотерапия) уже доказала возможность лечения самых тяжелых форм рака.

Онколитические вирусы (OV) представляют собой аттенуированные или рекомбинантные вирусы человека и животных, способные преимущественно размножаться  в раковых клетках уничтожая их. Тропизм OV определяется взаимодействием вируса с клеточным рецептором, что делает возможным таргетное разрушения опухоли. Армированные OV могут дополнительно экспрессировать иммуностимулирующие молекулы (GM-CSF, IL-12, IFN-B) усиливая провоспалительный эффект. В свою очередь, широкий тропизм OV может иметь негативный эффект вследствие неспецифического разрушения здоровых клеток. В некоторых случаях, раковые клетки разных типов опухолей уничтожаются OV c разной эффективностью. 

Целью данного исследования является создание OV, способных целенаправленно уничтожать раковые клетки и активировать противораковый иммунный ответ, но при этом обладающих более высоким профилем безопасности и высокой онкоселективностью. Будут использоваться методы направленной эволюции, псевдотипирование (замена поверхностных гликопротеинов и их модификация), а также использование регуляторных RNA в качестве способа контроля над жизненным циклом вируса. 

В результате проекта мы ожидаем получить варианты OV, специфичные к определенному типу опухолей, демонстрирующие высокий литический потенциал и способные активировать противораковый иммунный ответ, что послужит основанием для проведения доклинических исследований. Кроме того, результаты исследований позволят получить уникальные данные о эволюции, мутационной изменчивости и адаптационных характеристиках онколитических вирусов.

Научный руководитель: Александр Владимирович Карабельский – кандидат биологических наук, руководитель направления «Генная терапия» Научно-технологического университета «Сириус». Соавтор нескольких патентов по направлениям получения рекомбинантных белков (модифицированных интерферонов и факторов свертывания крови, триспецифичных антител), модифицированных вирусных капсидов AAV, новых нуклеаз и альтернативных сигнальных доменов в CAR-T клетках.

Научный руководитель: Александр Сергеевич Малоголовкин – кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник направления «Генная терапия» Научно-технологического совета Университета «Сириус».

3) «Направленная эволюция ортогональных пар aaRS/tRNA для повышения селективности и эффективность встройки ароматических неканонических аминокислот в полипептиды»
4) «Разработка методов включения метилаланина (Aib) в полипептиды биосинтезом»
5) «Получение ортогональных пар aaRS/tRNA для включение алифатических неканонических аминокислот в полипептиды биосинтезом»

Проект направлен на разработку ортогональных пар аминоацил-tRNA-синтетаза/tRNA (aaRS/tRNA) способных включать в белки и пептиды неканонические/непротеиногенные аминокислоты (НПА), т.е. те, которые не входят в список аминокислот, участвующих в рибосомальном синтезе белка. Кроме самих ортогональных пар будет получен штамм E. coli в котором один из кодонов может быть использован для встройки дополнительной аминокислоты. В результате реализации первой части проекта планируется создать универсальную платформу на базе клеток Escherichia coli для быстрой и экономически эффективной селекции ортогональных аминоацил-тРНК-синтетаз (ааRS), селективно распознающих новые неприродные/ непротеиногеные аминокислоты (НПА), а также для получения НПА-содержащих белков и пептидов.

Применение универсальной платформы планируется для создания лекарственных средств белковой и пептидной природы. Для создания лекарственных средств потребуется: подготовить дизайн и провести синтез белков и пептидов, оценить их функциональные и физико-химические свойства, осуществить оптимизацию веществ, провести in vivo исследования лидерных соединений, провести доклинические исследования кандидата. В ходе выполнения проекта будет разработан рекомбинантный белок GLP1/GIP агонист, несущий неканонические аминокислоты для разработки на его основе лекарственных препаратов.

Включение аминокислота метил аланина или Aminoisobutyric acid (Aib) в пептиды важно для разработки новых вариантов пептидов устойчивых к протеолитическому воздействию в крови. Однако до настоящего времени в литературе отсутствует упоминание ортогональных пар aaRS/tRNA способных включать Aib в пептиды и белки. В литературе упоминается возможность включения Aib в белки и пептиды, но не с помощью ортогональных пар, а в результате ошибочной встройки с использованием стандартных клеточных механизмов или с использованием химической перезарядки tRNA в бесклеточных системах. В связи с чем разработка ортогональных пар aaRS/tRNA способных включать Aib в пептиды и белки in vivo является важной задачей как с прикладной, так и фундаментальной точек зрения.

Научный руководитель: Алексей Сергеевич Розанов – кандидат биологических наук.