Лаборатория МОЛЕКУЛЯРНОЙ ГЕНЕТИКИ ДРОЗОФИЛЫ

Заведующий лаборатории - Антон Клеменсович ГОЛОВНИН, д.б.н., agolovnin@mail.ru

Сотрудники и аспиранты лаборатории молекулярной генетики дрозофилы:

Лариса МЕЛЬНИКОВА – старший научный сотрудник, к.б.н., lsm73@mail.ru

Маргарита КОСТЮЧЕНКО – научный сотрудник, к.б.н., margarita.kostyuchenko@gmail.com

Игорь ШАПОВАЛОВ – младший научный сотрудник, igor.shapovalov.193.5@gmail.com

Дарья ЧЕТВЕРИНА - страший научный сотрудник

Мансур ШАМСУТДИНОВ - аспирант

Tel.: 7(499)135-97-01 Fax: 7(499)135-41-05
E-mail: agolovnin@mail.ru

Лаборатория молекулярной генетики дрозофилы создана в 2009 году в результате объединения группы Молекулярной генетики дрозофилы под руководством Головнина А.К. и группы Структурно-функциональной организации генома Drosophila melanogaster под руководством Мельниковой Л.С. В нашей лаборатории основные закономерности функционирования эукариотического генома изучаются с помощью простых и удобных модельных систем – дрожжей и плодовой мушки Drosophila melanogaster. Лаборатория тесно сотрудничает с Лабораторией регуляции генетических процессов под руководством академика Георгиева П.Г.

Основное направление исследований:

  • Распределение белков – компонентов инсуляторных комплексов в ядре

  • Выявление новых белков, входящих в состав инсуляторных комплексов и изучение их свойств

  • Изучение функциональной структуры энхансеров и механизма активации промотора

Распределение белков – компонентов инсуляторных комплексов в ядре

Для поддержания доменных структур в геноме существует специальный класс регуляторных элементов называемых инсуляторами. Ранее неоднократно было показано, что инсуляторы играют важную роль в регуляции экспрессии генов, способствуя или наоборот препятствуя взаимодействию между их регуляторными элементами. Главными белковыми компонентами изучаемого нами Su(Hw)-зависимого инсулятора являются, собственно, белок Su(Hw) и связывающиеся с ним белки Mod(mdg4)-67.2 и CP190. В диплоидных ядрах белки Su(Hw), Mod(mdg4)-67 и CP190 собраны в 15-20 видимых ядерных телец («спеклы»). Это дало основание предложить модель, по которой индивидуальные сайты связывания белка Su(Hw), локализованные в различных частях хромосом, приближены друг к другу посредством белков инсуляторного комплекса, что приводит к формированию структур, подобных розетке, которые были названы «инсуляторными тельцами.

Эта интересная модель пока не имеет экспериментального подтверждения, кроме наблюдаемых в ядре скоплений белков Su(Hw), Mod(mdg4)-67.2 и СР190. Не было показано, что ДНК инсуляторов колокализуется с «инсуляторными тельцами» в ядрах.

Мы предполагаем, что «инсуляторные тельца» являются зонами, в которых происходит формирования резерва важных транскрипционных белков. Известно, что многие белки, в том числе ВТВ-содержащие PLZF и BCL-6, формируют «спеклы» в ядре, которые, возможно, являются местами сборки активных комплексов.

Поэтому можно предположить, что Su(Hw), Mod(mdg4)-67.2 и CP190 белки формируют аналогичные образования, и, следовательно, «инсуляторные тельца» являются обычными скоплениямибелков в ядре.

В качестве объекта исследования нами был выбран хорошо изученный белок Mod(mdg4)-67.2. В ходе работы мы продемонстрировали, что делеция любого из сайтов ядерной локализации этого белка приводит к цитоплазмотическому распределению «инсуляторных телец». При этом белок остающийся в ядре полностью функционален и способен к инсуляции, однако не образует «спеклоподобных» структур. Ранее было показано, что белок Mod(mdg4)-67.2 подвергается сумолированию . Нами были получены данные, свидетельствующие, что именно сумолирование белка Mod(mdg4)-67.2 отвечает за образование «инсуляторных телец». При этом нарушение сайтов сумоилирования никак не влияет на инсуляцию.

Полученные данные подтверждают гипотезу, что «инсуляторные тельца» это скопление белков, из которых, скорее всего, формируются активные инсуляторные комплексы.

Предложенная нами модель, описывающая роль сумолирования в формировании «инсуляторных телец». Красные, зеленые и голубые круги представляют соответственно белки Mod(mdg4)-67.2, Su(Hw) и CP190; желтые овалы представляют молекулы SUMO, а черная линия – фибрилла хроматина со сформированными на ней инсуляторными комплексами.

В настоящее время мы планируем изучить взаимодействия между белком Ubc9, который выполняет роль фермента конъюгации, ковалентно пришивая SUMO к субстрату и еще одним компонентом инсуляторного комплекса – белком СP190. (1, 6, 11).

Выявление новых белков, входящих в состав инсуляторных комплексов и изучение их свойств

В настоящее время активно изучаются белковые комплексы, формирующиеся на различных инсуляторах у Drosophila melanogaster. В сложном локусе mod(mdg4), транскрибируется более двадцати различных сплайс-вариантов белка Mod(mdg4), один из которых, Mod(mdg4)-67.2, является компонентом белкового комплекса, собирающегося на инсуляторе Su(Hw).

Мы планируем выявить белки с доменами «цинковые пальцы» способные взаимодействовать с различными изоформами белка Mod(mdg4). Такие белки потенциально могут играть ключевую роль в формировании инсуляторных комплексов. Кроме того, белки, содержащие «цинковые пальцы» способны взаимодействовать с ДНК. Таким образом, выявление новых белков, входящих в инсуляторные комплексы, приведет к обнаружению новых инсуляторных последовательностей.

Также, имеется много данных, свидетельствующих, что инсуляторы являются регуляторными элементами с очень широким спектром функций. Белки, традиционно воспринимаемые как компоненты инсуляторных комплексов могут участвовать в процессах сегрегации хромосом и репарации ДНК (Mod(mdg4) и СTCF), регуляции клеточного цикла и дозовой компенсации (CTCF), в процессах, регулирующих структуру и свойства хроматина (Mod(mdg4)). В настоящее время нами получены экспериментальные данные свидетельствующие, что некоторые белки, связанные с функционированием ядерных пор, дозовой компенсацией, регуляцией структуры и свойств хроматина могут входить в состав Su(Hw)-зависимого инсуляторного комплекса или же взаимодействуют с его компонентами. Однако эти белки не влияют на процесс инсуляции или на барьерные своства инсулятора. Мы планируем выяснить, каким образом эти белки связываются с Su(Hw) инсулятором и какую роль выполняют на разных стадиях клеточного цикла.

Инсулятор Su(Hw) входит в состав ретротранспозона МДГ4. Планируется выяснить какую роль в регуляции экспрессии мобильных элементов и формировании гетерохроматина играют различные компоненты инсуляторного комплекса (1, 9, 10, 12, 13).

Изучение функциональной структуры энхансеров и механизма активации промотора

Регуляция транскрипции у высших эукариот осуществляется в результате взаимодействия между промоторами, определяющими начало транскрипции и ее базовый уровень, и регуляторными элементами, которые либо усиливают (энхансеры) либо ослабляют (сайленсеры) базовый уровень транскрипции. Часто регуляторные элементы находятся на очень больших расстояниях от промоторов и могут быть разделены другими генами. Недавно было показано, что при стимуляции транскрипции активационные комплексы, собранные на энхансерах, непосредственно взаимодействуют с транскрипционным комплексами, связанными с промоторами. Возникает вопрос, каким образом осуществляется такое взаимодействие между энхансерами и специфичными промоторами, иногда расположенными от них на расстоянии в десятки т.п.н.?

Существует гипотеза, что предпромоторные области многих генов содержат специальные «притягивающие элементы», которые привлекают энхансеры к специфичным промоторам. Однако ни сами элементы ни связанные с ними белки в настоящее время еще не охарактеризованы. «Притягивающие элементы» могут быть вовлечены в процесс трансвекции, при котором регуляторные элементы гена на одной гомологичной хромосоме могут активировать экспрессию того же гена, расположенного на гомологичной хромосоме. Примером трансвекции, обусловленной энхансер-промоторными trans-взаимодействиями могут служить локусы Ultrabithorax, Abdominal B и yellow. На примере гена yellow трансвекция была изучена наиболее подробно. Поэтому регуляторная область гена yellow является подходящей модельной системой для изучения специфики механизма взаимодействия между энхансером и промотором. Используя модельную систему, созданную на основе мутантного аллеля y2, ранее нам впервые удалось выделить специальную «коммуникаторную» последовательность, которая необходима для взаимодействия промотора не только с дистально расположенными энхансерами, но и с находящимся на расстоянии инсулятором. Мы предполагаем, что в промоторной и в энхансерной области большинства генов присутствуют множественные сайты связывания для специальных коммуникаторных белков, которые, взаимодействуя между собой, могут физически сближать энхансер и промотор или же являться посредниками между белками-активаторами, ассоциированными с энхансером и белками транскрипционного комплекса, собирающегося на промоторе.

Мы планируем найти новые последовательности, необходимые для регуляции транскрипции на больших дистанциях и идентифицировать связанные с ними белки. Полученные результаты помогут более детально понять механизм регуляции транскрипции у высших эукариот. В дальнейшем полученные данные могут найти практическое применение при создании векторов с высоким и постоянным уровнем экспрессии заданных генов ( 3, 5, 8, 17, 18, 19).

Кандидатские диссертации, защищенные под руководством сотрудников лаборатории:

  • 2003 г. Зобачева Полина Юрьевна
  • 2005 г. Мазур Александр Михайлович
  • 2006 г. Померанцева Екатерина Алексеевна
  • 2007 г. Кривега Иван Валерьевич
  • 2008 г. Проскуряков Кирилл Александрович
  • 2008 г. Волков Илья Алексеевич

Список призов и наград сотрудников:

  • Медаль РАН с премиями для молодых ученых РАН, посвященных 275-летию Российской академии наук - 1999 г. (Головнин А.К.)
  • Премия МАИК Науки по биологии за 2000 г. - журналы ДАН, Молекулярная биология, Генетика. (Головнин А.К.)
  • Главная премия МАИК Наука по биологии за 2001г. (Головнин А.К.)
  • Государственная премия 2003 г. за цикл работ «Организация генома и регуляция активности генов у эукариот» (Головнин А.К.).
  • Премия Европейской Академии для молодых ученых России -2004 год (Головнин А.К.)
  • Премия Европейской Академии для молодых ученых России - 2005 год (Мельникова Л.С.)
  • Премия Российской академии наук для молодых ученых – 2006 год (Мельникова Л.С.)

Публикации сотрудников лаборатории (2007-2013 гг.):

  1. Golovnin A, Mazur A, Kopantseva M, Kurshakova M, Gulak PV, Gilmore B, Whitfield WG, Geyer P, Pirrotta V, Georgiev P. Integrity of the Mod(mdg4)-67.2 BTB domain is critical to insulator function in Drosophila melanogaster.Mol Cell Biol. 2007;27:963-74.
  2. Kurshakova M, Maksimenko O, Golovnin A, Pulina M, Georgieva S, Georgiev P, Krasnov A. Evolutionarily conserved E(y)2/Sus1 protein is essential for the barrier activity of Su(Hw)-dependent insulators in Drosophila. Mol Cell. 2007;27:332-8.
  3. Melnikova L, Biryukova I, Kan T, Georgiev P. Long-distance interactions between regulatory elements are suppressed at the end of a terminally deficient chromosome in Drosophila melanogaster. Chromosoma. 2008;117:41-50.
  4. Chetverina D, Savitskaya E, Maksimenko O, Melnikova L, Zaytseva O, Parshikov A, Galkin AV, Georgiev P. Red flag on the white reporter: a versatile insulator abuts the white gene in Drosophila and is omnipresent in mini-white constructs. Nucleic Acids Res. 2008;36:929-37.
  5. Melnikova L, Kostuchenko M, Silicheva M, Georgiev P. Drosophila gypsy insulator and yellow enhancers regulate activity of yellow promoter through the same regulatory element. Chromosoma. 2008;117:137-45.
  6. Anton Golovnin, Larisa Melnikova, Ilya Volkov, Margarita Kostuchenko, Alexander V. Galkin and Pavel Georgiev. 'Insulator bodies' are aggregates of proteins but not of insulators. EMBO Reports. 2008;9:440-5.
  7. Maksimenko O, Golovnin A, Georgiev P. Enhancer-promoter communication is regulated by insulator pairing in a Drosophila model bigenic locus. Mol Cell Biol. 2008;28:5469-77.
  8. Kostyuchenko M, Savitskaya E, Koryagina E, Melnikova L, Karakozova M, Georgiev P. Zeste can facilitate long-range enhancer-promoter communication and insulator bypass in Drosophila melanogaster.Chromosoma. 2009;118:665-74.
  9. Silicheva M, Golovnin A, Pomerantseva E, Parshikov A, Georgiev P, Maksimenko O. Drosophila mini-white model system: new insights into positive position effects and the role of transcriptional terminators and gypsy insulator in transgene shielding. Nucleic Acids Res. 2010; 38:39-47.
  10. Krivega M, Savitskaya E, Krivega I, Karakozova M, Parshikov A, Golovnin A, Georgiev P. Interaction between a pair of gypsy insulators or between heterologous gypsy and Wari insulators modulates Flp site-specific recombination in Drosophila melanogaster.Chromosoma. 2010; 119:425-34.
  11. Golovnin A, Volkov I, Georgiev P. SUMO conjugation is required for the assembly of Drosophila Su(Hw) and Mod(mdg4) into insulator bodies that facilitate insulator complex formation. J Cell Sci. 2012 Feb 28. [Epub ahead of print].
  12. Л.С. Мельникова, И.В.Кривега, академик РАН П. Г. Георгиев, А. К. Головнин. Белок ядерного матрикса EAST участвует в регуляции транскрипции гена yellow у Drosophila melanogaster. ДАН.2007, 415(5):1-4
  13. Л.С. Мельникова, И.В.Кривега, академик РАН П. Г. Георгиев, А. К. Головнин. Белок ядерного матрикса EAST влияет на транскрипцию генов Drosophila melanogaster независимо от присутствия последовательностей ретротранспозона МДГ4. Генетика.2007, 43(10):1-5
  14. Проскуряков К.А., Мельникова Л.С. Антогонизм между теломерным и Polycomb – зависимым хроматином на конце терминально делетированных хромосом у Drosophila melanogaster. Генетика. 2008, 44(11):1562-1566.
  15. Проскуряков К.А., Мельникова Л.С. Функциональное разделение генетических факторов Telomere elongation (Tel) и Enhancer of terminal gene conversion (E(tc)), участвующих в регуляции длины теломер у Drosophila melanogaster. ДАН. 2008, 421(3): 406-410
  16. М. В. Костюченко, Е. Е. Савицкая, И. А. Волков, А. К. Головнин, П. Г. Георгиев. Изучение функционального взаимодействия между тремя копиями инсулятора из мобильного элемента МДГ4 на примере модельной системы гена miniwhite Drosophila melanogaster. ДАН 2008, 421(6):830–834
  17. М.В. Костюченко, Е.Е. Савицкая, М.Н. Кривега, П. Г. Георгиев. Несколько копий инсулятора из МДГ4 могут определять взаимодействия между позитивно и негативно действующими регуляторными элементами и промотором гена miniwhite у Drosophila melanogaster. Генетика 2008, 44(12):1693-1697
  18. М.Н. Кривега, И.В. Кривега, А.К. Головнин, П.Г. Георгиев. Изучение роли белка Zeste в Pc-зависимой инактивации гена white на больших дистанциях. ДАН, 2008, 421:227-230
  19. Мельникова Л.С., Проскуряков К.А., академик Георгиев П.Г. Изучение функционального взаимодействия между GAGA-содержащими участками из промоторных районов генов теплового шока hsp26 и hsp70 в модельной системе гена white у Drosophila melanogaster.ДАН. 2010, 434 (4):553-557.
  20. Головнин А.К., Дворецкий Е.В., Костюченко М.В., Шамсутдинов М.Ф., Георгиев П.Г., Мельникова Л.С. (2013) Продукт локуса mod(mdg4), Mod(mdg4)-64.2, напрямую взаимодействует с белками семейства Tweedle у Drosophila melanogaster. Доклады Академии наук. 452: 96-99.
  21. Головнин А.К., Шаповалов И.С., Костюченко М.В., Шамсутдинов М.Ф., Георгиев П.Г., Мельникова Л.С. (2014) Белок Chromator взаимодействует с белками семейства MOD(MDG4) у Drosophila melanogaster. Доклады академии наук. 454: 1-4.

2014:

  1. Головнин А.К., Шаповалов И.С., Костюченко М.В., Шамсутдинов М.Ф., Георгиев П.Г., Мельникова Л.С. (2014) Белок Chromator взаимодействует с белками семейства MOD(MDG4) у Drosophila melanogaster. Доклады академии наук. 454: 477-480.
  2. Мельникова Л.С., Костюченко М.В., Георгиев П.Г. (2014) Активация промоторов на концах терминально делетированных хромосом у Drosophila melanogaster. Доклады Академии наук. 459: 639-643.

2015:

  1. Golovnin A., Melnikova L., Shapovalov I., Kostyuchenko M., Georgiev P. (2015) EAST Organizes Drosophila Insulator Proteins in the Interchromosomal Nuclear Compartment and Modulates CP190 Binding to Chromatin. PLoS One. 2015 Oct 21;10(10):e0140991.
  2. Мельникова Л.С., Костюченко М.В., Георгиев П.Г. (2015) Изучение функциональной структуры энхансера гена white у Drosophila melanogaster. Доклады Академии наук. 461: 353-357.
  3. Мельникова Л.С., Кан Т.Г., Костюченко М.В., Георгиев П.Г. (2015) Роль предпромоторной последовательности гена yellow от -70 до -146 п.н. в активации транскрипции на концах терминально делетированных хромосом у Drosophila melanogaster. Доклады Академии наук. 462: 107-110.
  4. Елизарьев П.В., Четверина Д.А., Головнин А.К., Георгиев П.Г., Ерохин М.М. (2015) Исследование роли белка Su(Hw) в регуляции транскрипции у Drosophila melanogaster. Генетика. 51: 1234-1243.
  5. Головнин А.К., Костюченко М.В., Георгиев П.Г., Мельникова Л.С. (2016) Продукт локуса mod(mdg4) - Mod(mdg4) 58.8 - напрямую взаимодействует с белками mtACP1A и mtACP1B у Drosophila melanogaster. Доклады Академии наук. 466: 101-104.

RU   EN

Поиск

на сайте

в Яндекс

Полезные ссылки

ФАНО

РАН

Совет по науке и образованию

Минобрнауки

Российский Фонд Фундаментальных Исследований

Российский Научный Фонд

eLIBRARY.RU

Классическая и молекулярная биология

Наука и технологии России

Постнаука

N+1

Научная Россия

Элементы

Биомолекула

Мой геном

Blastim

Biohab

Телеканал Наука 2.0

Очевидное-невероятное

Фестиваль науки

Трансгенные животные в фарминдустрии

Практическая молекулярная биология

Biocompare

Подписка на новости

Институт биологии гена РАН