Группа ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ГЕНОМА

Руководитель группы - Алексей Александрович ГАВРИЛОВ, к.б.н., aleksey.gavrilov@mail.ru

Сотрудники группы пространственной организации генома:

Аркадий ГОЛОВ – студент IV курса Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

Tel.: 7(499)135-97-87 Fax: 7(499)135-41-05
E-mail: aleksey.gavrilov@mail.ru

Основное направление исследований:

  • Изучение пространственной организации эукариотического генома, ее связи с важнейшими генетическими процессами, такими как транскрипция, репликация, репарация

Группа функционирует в составе Лаборатории Структурно-функциональной организации хромосом Института биологии гена РАН (зав. лабораторией чл.-кор. РАН С.В. Разин) с 2012 года. Исследования группы направлены на решение фундаментальных научных проблем. Основное направление – изучение пространственной организации эукариотического генома, ее связи с важнейшими генетическими процессами, такими как транскрипция, репликация, репарация. Особая роль отведена изучению феномена прямого взаимодействия удаленных элементов генома в ядерном пространстве и роли этого взаимодействия в создании структуры интерфазных и митотических хромосом, активации и репрессии генов. Подобные исследования проводятся с использованием новейшего метода фиксации конформации хромосомы (Chromosome Conformation Capture, 3С). Особый акцент в работе группы сделан на совершенствовании метода 3С и разработке новых методов исследования пространственной организации генома.

Метод фиксации конформации хромосомы и производные методы.
A – 3C, B – 5C, C – 4C (circular chromosome conformation capture),
D – 4C (chromosome conformation capture on chip), E – Hi-C, F – ChIP-loop, G – ChIA-PET, H – M3C.

Основные достижения

Впервые осуществлено сравнение пространственной конфигурации домена альфа-глобиновых генов в нескольких типах клеток, включая культивируемые пре-эритробласты, не экспрессирующие глобиновые гены, и те же клетки после индукции терминальной эритроидной дифференцировки. Результаты исследований указывают на возможную роль реконфигурации домена альфа-глобиновых генов в активации транскрипции глобиновых генов в ходе эритроидной дифференцировки. Впервые продемонстрировано избирательное взаимодействие удаленного энхансера только с одним из двух функционально связанных активных промоторов, расположенных поблизости друг от друга [3,4].

Впервые продемонстрировано, что геномные домены открытого типа могут «поглощать» близлежащие гены с соответствующим изменением экспрессионной программы этих генов [10, 13-15].

Разработан количественный вариант метода фиксации конформации хромосомы (3С), использующий технику ПЦР в реальном времени с TaqMan-пробами для анализа продуктов лигирования [5].

Разработан новый методический подход, комбинирующий технику фиксации конформации хромосомы и технику иммунопреципитации хроматина. С использованием этого подхода продемонстрировано, что концы ограниченного MAR-элементами фрагмента ДНК прямо взаимодействуют, формируя замкнутую петлю. Показано также, что в поддержании этого взаимодействия существенную роль играют топоизомераза II альфа и белок MeCP2 [6].

Разработана новая экспериментальная процедура (М3С), позволяющая анализировать вопрос о пространственной сближенности прикрепленных к ядерному матриксу фрагментов ДНК. С использованием М3С продемонстрировано, что связанные с ядерным матриксом промоторы ряда генов домашнего хозяйства, расположенных во фланкирующих областях домена альфа-глобиновых генов кур, образуют единый комплекс [11]. Основываясь на полученных результатах, предложена новая модель транскрипционной фабрики, связанной с ядерным матриксом. В соответствии с этой моделью, транскрипционные фабрики смешанного типа, осуществляющие транскрипцию как ткане-специфичных генов, так и генов домашнего хозяйства, построены из перманентного компартмента, включающего промоторы генов домашнего хозяйства, стабильно интегрированные в ядерный матрикс, и «гостевого» компартмента, куда могут временно привлекаться промоторы и регуляторные элементы ткане-специфичных генов [11].

Модель транскрипционной фабрики, связанной с ядерным матриксом.
Схема в верхней части рисунка показывает позиции генов и регуляторных элементов.

Публикации:

  1. Umanskaya ON, Lebedeva SS, Gavrilov AA, Bystritskiy AA, Razin SV. (2006). Inhibition of DNA topoisomerase II may trigger illegitimate recombination in living cells: experiments with a model system. J. Cell. Biochem., 99:598–608.
  2. Klochkov D, Rincón-Arano H, Ioudinkova ES, Valadez-Graham V, Gavrilov A, Recillas-Targa F, Razin SV. (2006). A CTCF-dependent silencer located in the differentially methylated area may regulate expression of a housekeeping gene overlapping a tissue-specific gene domain. Mol. Cell. Biol., 26:1589–97.
  3. Гаврилов А.А., Разин С.В. (2008). Изучение пространственной организации домена α-глобиновых генов кур методом 3С. Биохимия, 73:1486–94.
  4. Gavrilov AA, Razin SV. (2008). Spatial configuration of the chicken alpha-globin gene domain: immature and active chromatin hubs. Nucleic Acids Res., 36:4629–40.
  5. Gavrilov A, Eivazova E, Priozhkova I, Lipinski M, Razin S, Vassetzky Y. (2009). Chromosome conformation capture (from 3C to 5C) and its ChIP-based modification. Methods Mol. Biol., 567:171–88.
  6. Eivazova ER, Gavrilov A, Pirozhkova I, Petrov A, Iarovaia OV, Razin SV, Lipinski M, Vassetzky YS. (2009). Interaction in vivo between the Two Matrix Attachment Regions Flanking a Single Chromatin Loop J. Mol. Biol., 386:929–37.
  7. Klochkov D, Gavrilov A, Vassetzky ES, Razin SV. (2009). Early replication timing of the chicken alpha-globin gene domain correlates with its open chromatin state in cells of different lineages. Genomics, 93:481–86.
  8. Gavrilov A, Razin SV. (2009). Formaldehyde fixation of cells does not greatly reduce the ability to amplify cellular DNA. Anal Biochem., 390:94–6.
  9. Филоненко Е.С., Гаврилов А.А., Разин С.В., Яровая О.В. (2009). В эритроидных клетках кур протяженный фрагмент хромосомы 14, включающий кластер альфа-глобиновых генов, организован в микропетли. Живые системы, 1:105–8.
  10. Philonenko ES, Klochkov DB, Borunova VV, Gavrilov AA, Razin SV, Iarovaia OV. (2009). TMEM8 - a non-globin gene entrapped in the globin web. Nucleic Acids Res., 7:7394-406.
  11. Gavrilov AA, Zukher IS, Philonenko ES, Razin SV, Iarovaia OV. (2010). Mapping of the nuclear matrix-bound chromatin hubs by a new M3C experimental procedure. Nucleic Acids Res., 38:8051-60.
  12. Разин С.В., Гаврилов А.А., Яровая О.В. (2010). Транскрипционные фабрики и пространственная организация эукариотического генома. Биохимия, 75:1477-88.
  13. Филоненко Е.С., Гаврилов А.А., Разин С.В., Яровая О.В. (2010). Расширение функционального домена альфа-глобиновых генов кур. Генетика, 46:1164-67.
  14. Razin SV, Gavrilov AA, Pichugin A, Lipinski M, Iarovaya OV, Vassetzky YS. (2011). Transcription factories in the context of the nuclear and genome organization. Nucleic Acids Res. 39:9085–92.
  15. Gavrilov AA, Philonenko ES, Iarovaya OV, Razin SV. (2011). Dynamic nature of active chromatin hubs. Biopolymers and Cells, 27:364-8.
  16. Юдинкова Е.С., Бунина Д.А., Ульянов С.В., Гаврилов А.А., Разин С.В. (2011). Профили распределения модифицированных форм гистонов в домене альфа-глобиновых генов кур. Молекулярная биология, 45:662–7.
  17. Lorenzo PI, Brendeford EM, Gilfillan S, Gavrilov AA, Leedsak M, Razin SV, Sæther T, Gabrielsen OS. (2011). c-Myb as a master regulator:global analysis of c-Myb target genes. Genes & Cancer, 2:805–17.
  18. Yudinkova ES, Ulyanov SV, Bunina DA, Iarovaia OV, Gavrilov AA, Razin SV. (2011). The inactivation of the p gene in chicken erythroblasts of adult lineage is not mediated by packaging of the embryonic part of the alpha-globin gene domain into a repressive heterochromatin-like structure. Epigenetics, 6:1481–8.
  19. Ulianov SV, Markova EN, Gavrilov AA, Razin SV. (2012). Insulators in vertebrates: regulatory mechanisms and chromatin structure. Biopolymers and Cells (in press).
  20. Gavrilov AA, Razin SV, Iarovaia OV. (2012). C-methods to study 3D organization of the eukaryotic genome. Biopolymers and Cells (in press).
  21. Разин С.В., Ульянов С.В, Юдинкова Е.С., Гущанская Е.С., Гаврилов А.А., Яровая О.В. (2012). Домены альфа и бета-глобиновых генов кур в контексте структурно-функциональной организации эукариотического генома. Успехи биологической химии (в печати).
  22. Ульянов С.В., Гаврилов А.А. (2012). Β-глобиновые гены кур: модельная система для изучения регуляции транскрипции на уровне геномных доменов. Молекулярная биология (в печати).
  23. Gavrilov A.A., Gushchanskaya E.S., Strelkova O., Zhironkina O., Kireev I.I., Iarovaia O.V., Razin S.V. (2013) Disclosure of a structural milieu for the proximity ligation reveals the elusive nature of an active chromatin hub. Nucleic Acids Res. 41: 3563-3575.
  24. Gavrilov A.A., Golov A.K., Razin S.V. (2013) Actual ligation frequencies in the chromosome conformation capture procedure. PLoS One. 8: e60403.
  25. Razin S.V., Gavrilov A.A., Ioudinkova E.S., Iarovaia O.V. (2013) Communication of genome regulatory elements in a folded chromosome. FEBS Lett. 587: 1840-1847.
  26. Ulianov S.V., Gavrilov A.A., Razin S.V. (2015) Nuclear compartments, genome folding, and enhancer-promoter communication. Int Rev Cell Mol Biol. 315: 183-244.
  27. Golov A.K., Gavrilov A.A., Razin S.V. (2015) The Role of Crowding Forces in Juxtaposing ?-Globin Gene Domain Remote Regulatory Elements in Mouse Erythroid Cells. PLoS One. 10: e0139855.
  28. Gavrilov A., Razin S.V., Cavalli G. (2015) In vivo formaldehyde cross-linking: it is time for black box analysis. Brief Funct Genomics. 14: 163-165.
  29. Khrameeva E.E., Ulyanov S.V., Gavrilov A.A., Shevelyov Y.Y., Gelfand M.S., Razin S.V. (2015) 20 Active chromatin regions are sufficient to define borders of topologically associated domains in D. melanogaster interphase chromosomes. J Biomol Struct Dyn. 33 (sup1): 11-12.
  30. Ulianov S.V., Khrameeva E.E., Gavrilov A.A., Flyamer I.M., Kos P., Mikhaleva E.A., Penin A.A., Logacheva M.D., Imakaev M.V., Chertovich A., Gelfand M.S., Shevelyov Y.Y., Razin S.V. (2016) Active chromatin and transcription play a key role in chromosome partitioning into topologically associating domains. Genome Res. 26: 70-84.
  31. Sklyar I., Iarovaia O.V., Gavrilov A.A., Pichugin A., Germini D., Tsfasman T., Caron G., Fest T., Lipinski M., Razin S.V., Vassetzky Y.S. (2016) Distinct Patterns of Colocalization of the CCND1 and CMYC Genes With Their Potential Translocation Partner IGH at Successive Stages of B-Cell Differentiation. J Cell Biochem. 2016 Feb 12. doi: 10.1002/jcb.25516. [Epub ahead of print]
  32. Гаврилов А.А., Разин С.В. (2015) Компартментализация клеточного ядра и пространственная организация генома. Молекулярная биология. 49: 26-45. (обзор).
  33. Разин С.В., Гаврилов А.А., Ульянов С.В. (2015) Регуляторные элементы эукариотического генома, контролирующие транскрипцию. Молекулярная биология. 49: 212-223 (обзор).
  34. Разин С.В., Гаврилов А.А. (2015) Организация функциональных процессов в клеточном ядре: порядок, возникающий из беспорядка. Вестник Московского университета. Серия 16: Биология. 3: 13-20.

Коллаборация

  1. Лаборатория Хроматина, развития и канцерогенеза, Институт им. Густава Русси, Вилльжуиф, Франция (зав. лабораторией д.б.н. Е.С. Васецкий)
  2. Группа по изучению транскрипционного фактора c-Myb, Биологический факультет Университета Осло, Норвегия (зав. группой Prof. Dr. Odd S. Gabrielsen)
  3. Отдел Генетики, Интитут Биохимии Университета г. Гессен, Германия (зав. отделом Prof. Dr. Prof. Dr. Rainer Renkawitz)

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