Лаборатория ЭПИГЕНЕТИКИ

Заведующий лаборатории - В.М. Студитский, профессор, ведущий учёный, победитель конкурса П220 Правительства РФ.

Сотрудники и аспиранты лаборатории эпигенетики:

В.М. СТУДИТСКИЙ – профессор

О.И. КУЛАЕВА – профессор

Н.В. МАЛЮЧЕНКО - доцент

Д.В. НИКИТИН – к.б.н.

А.В. ДЕМИДЕНКО - к.б.н

А.А. ЧУПЫРКИНА – к.б.н

О.В. ЧЕРТКОВ

М.А. ИВАНОВА

Н.С. ЕФИМОВА - аспирант

А.В. ЛЮБИТЕЛЕВ - аспирант

Т.А. БОБРОВА – лаборант

Контактная информация лаборатории:
119334 ИБГ РАН, г. Москва, ул. Вавилова 34/5, комнаты 115, 116

Краткая история лаборатории:

Лаборатория была создана в 2010 году в рамках реализации Постановления Правительства РФ №220 «О мерах привлечения ведущих ученых в российские образовательные учреждения высшего профессионального образования» и ведет активное сотрудничество со следующими научными организациями:

Кафедра биоинженерии
Биологический факультет МГУ
Институт биоорганической химии
Институт молекулярной биологии
Институт физиологии растений
Химический факультет МГУ
ФФМ МГУ

Эукариотическая транскрипция: механизмы генетических и эпигенетических процессов
и разработка регуляторов для биоинженерии

Введение

Процесс транскрипции жизненно необходим для нормального функционирования любого организма. Транскрипция осуществляется в четыре стадии: связывание с промотором, инициации, элонгации и терминации. Недавние исследования в этой области свидетельствуют, что регуляция транскрипции в основном происходит на начальных этапах и опосредуется как генетическими (цис-регуляторными последовательностями и транс-действующими факторами), так и эпигенетическими механизмами (ковалентными модификациями ДНК и гистонов, а также факторами, узнающими такие модификации).

Механизмы транскрипционной регуляции связывания с промотором и РНК-инициации различными факторами, действующими на коротком расстоянии (менее 1 т.п.н.) достаточно хорошо изучены в настоящий момент. В то же время, механизмы, осуществляющие свое действие на больших расстояниях (энхансеры и инсуляторы) нуждаются в дальнейшем исследовании и понимании.

Исследование механизмов регуляции транскрипции на различных стадиях: связывании с промотором, РНК-инициации, элонгации и других требует применение комбинированного подхода с использованием компьютерного моделирования, структурного анализа макромолекул, нанотехнологий, флуоресцентных, биохимических, генетических и геномных методов. Недавно в лаборатории Студитского были разработаны новые экспериментальные системы in vitro для анализа механизмов и регуляции транскрипции на первых трех уровнях. Анализ проводился с использованием матриц, содержащих позиционированные нуклеосомы. Такой подход делает возможным анализ как структуры, так и конформационных изменений в структуре основных интермедиатов. В нашем проекте для решения поставленных задач используется современный высокотехнологичный комплексный подход, который позволит провести многоуровневый анализ механизмов регуляции транскрипции.

Поскольку дефекты в регуляции транскрипции ведут к развитию различных форм рака и других болезней человека, наша работа важна для понимания не только фундаментальных, но и медицинских аспектов процесса транскрипции.

Задачи исследования

  1. Анализ «нуклеосомного цикла»: разработка методов и исследование механизма разворачивания октамера гистонов и разворачивания ДНК oт октамера гистонов во время транскрипции хроматина.
  2. Анализ структурных компонентов, молекулярных поверхностей и факторов, определяющих формирование нуклеосомного барьера для РНК полимеразы 2 и сохранение нуклеосом при транскрипции.
  3. Исследование механизма действия факторов (PARP1, FACT и элонгин), участвующих в онкогенезе и обеспечивающих сохранение гистонов и транскрипцию хроматина.
  4. Разработка и тестирование новых противораковых препаратов (идентификация новых мишеней, высокоэффективный скрининг, рациональный дизайн, внедрение в практику)
  5. Механизмы дистанционного взаимодействия в хроматине: структуры интермедиатов/динамика конформационных переходов
  6. Механизмы действия энхансеров и инсуляторов in vitro и in vivo
  7. Разработка и конструирование искусственных регуляторов для биоинженерии с заданными свойствами.

Области и масштабы использования полученных результатов

Изучение механизмов регуляции транскрипции как генетическими, так и эпигенетическими факторами позволит лучше понять механизмы регуляции работы генов, что, несомненно, важно не только для развития фундаментальной науки, но и для разработки новых, рационально сконструированных биоинженерными методами регуляторных факторов, способных контролировать экспрессию определенных белков. Это позволит проводить практические разработки в области создания лекарств нового поколения генно-инженерными методами. В целом, проводимые исследования необходимы для дальнейшего развития фармацевтической и биотехнологической промышленности в России, а также для разработки новых методов и подходов в терапии различных социально значимых заболеваний. Разработаны новые экспериментальные подходы, в частности с использованием новейших технологических достижений в области нанотехнологий.

Публикации

    2015:

  1. Бондаренко М.Т., Малюченко Н.В., Валиева М.Е., Герасимова Н.С., Кулаева О.И., Георгиев П.Г., Студитский В.М. (2015) Структура и функции шаперона гистонов FACT. Молекулярная биология. 49: 891-904. (обзор)

    2013:

  2. Effective blocking of the white enhancer requires cooperation between two main mechanisms suggested for the insulator function. Kyrchanova O, Maksimenko O, Stakhov V, Ivlieva T, Parshikov A, Studitsky VM, Georgiev P. PLoS Genet. 2013 Jul;9(7):e1003606. doi: 10.1371/journal.pgen.1003606. Epub 2013 Jul 4. [Pubmed abstract]
  3. Molecular Mechanisms of Transcription through a Nuclesome by RNA Polymerase II. Kulaeva, O.I., Maluchenko, N.V., Nikitin, D.V., Demidenko, A.V., Chertkov, O.V., Efimova, N.S., Kirpichnikov, M. and Studitsky, V.M. Mol Biol. (Mosk). 2013: accepted for publication.
  4. New properties of Drosophila scs and scs' insulators. Kyrchanova O, Leman D, Parshikov A, Fedotova A, Studitsky V, Maksimenko O, Georgiev P. PLoS One. 2013 Apr 24;8(4):e62690. doi: 10.1371/journal.pone.0062690. [Pubmed abstract]
  5. Histone chaperone FACT action during transcription through chromatin by RNA polymerase II. Hsieh FK, Kulaeva OI, Patel SS, Dyer PN, Luger K, Reinberg D, Studitsky VM. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013 May 7;110(19):7654-9. doi: 10.1073/pnas.1222198110. Epub 2013 Apr 22. [Pubmed abstract]
  6. Mechanism of transcription through a nucleosome by RNA polymerase II. Kulaeva OI, Hsieh FK, Chang HW, Luse DS, Studitsky VM. Biochim Biophys Acta. 2013 Jan;1829(1):76-83. doi: 10.1016/j.bbagrm.2012.08.015. Epub 2012 Sep 6. [Pubmed abstract]

    2012:

  7. Distant activation of transcription: mechanisms of enhancer action. Kulaeva OI, Nizovtseva EV, Polikanov YS, Ulianov SV, Studitsky VM. Mol Cell Biol. 2012 Dec;32(24):4892-7. doi: 10.1128/MCB.01127-12. Epub 2012 Oct 8. [Pubmed abstract]
  8. Experimental analysis of the mechanism of chromatin remodeling by RNA polymerase II. Gaykalova DA, Kulaeva OI, Pestov NA, Hsieh FK, Studitsky VM.Methods Enzymol. 2012;512:293-314. doi: 10.1016/B978-0-12-391940-3.00013-5. [Pubmed abstract]
  9. Internucleosomal interactions mediated by histone tails allow distant communication in chromatin. Kulaeva OI, Zheng G, Polikanov YS, Colasanti AV, Clauvelin N, Mukhopadhyay S, Sengupta AM, Studitsky VM, Olson WK. J Biol Chem. 2012 Jun 8;287(24):20248-57. doi: 10.1074/jbc.M111.333104. Epub 2012 Apr 19. [Pubmed abstract]
  10. Theoretical analysis of the role of chromatin interactions in long-range action of enhancers and insulators. Mukhopadhyay S, Schedl P, Studitsky VM, Sengupta AM. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 Dec 13;108(50):19919-24. doi: 10.1073/pnas.1103845108. Epub 2011 Nov 28. [Pubmed abstract]

    2011:

  11. FACT in Cell Differentiation and Carcinogenesis. Hsieh FK, Kulaeva OI, Orlovsky IV, Studitsky VM. Oncotarget. 2011 Nov;2(11):830-2. No abstract available. [Pubmed abstract]
  12. The mechanism of nucleosome traversal by RNA polymerase II: roles for template uncoiling and transcript elongation factors. Luse DS, Studitsky VM. RNA Biol. 2011 Jul-Aug;8(4):581-5. doi: 10.4161/rna.8.4.15389. Epub 2011 Jul 1 [Pubmed abstract]
  13. A polar barrier to transcription can be circumvented by remodeler-induced nucleosome translocation. Gaykalova DA, Nagarajavel V, Bondarenko VA, Bartholomew B, Clark DJ, Studitsky VM. Nucleic Acids Res. 2011 M [Pubmed abstract]

    2010:

  14. Mechanism of histone survival during transcription by RNA polymerase II. Kulaeva OI, Studitsky VM. Transcription. 2010 Sep-Oct;1(2):85-8. doi: 10.4161/trns.1.2.12519. [Pubmed abstract]
  15. Histone Sin mutations promote nucleosome traversal and histone displacement by RNA polymerase II. Hsieh FK, Fisher M, Ujv?ri A, Studitsky VM, Luse DS. EMBO Rep. 2010 Sep;11(9):705-10. doi: 10.1038/embor.2010.113. Epub 2010 Aug 13. [Pubmed abstract]
  16. RNA polymerase complexes cooperate to relieve the nucleosomal barrier and evict histones. Kulaeva OI, Hsieh FK, Studitsky VM. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 Jun 22;107(25):11325-30. doi: 10.1073/pnas.1001148107. Epub 2010 Jun 7. [Pubmed abstract]

    2009:

  17. Mechanism of chromatin remodeling and recovery during passage of RNA polymerase II. Kulaeva OI, Gaykalova DA, Pestov NA, Golovastov VV, Vassylyev DG, Artsimovitch I, Studitsky VM. Nat Struct Mol Biol. 2009 Dec;16(12):1272-8. doi: 10.1038/nsmb.1689. Epub 2009 Nov 22. [Pubmed abstract]
  18. Using DNA mechanics to predict in vitro nucleosome positions and formation energies. Morozov AV, Fortney K, Gaykalova DA, Studitsky VM, Widom J, Siggia ED. Nucleic Acids Res. 2009 Aug;37(14):4707-22. doi: 10.1093/nar/gkp475. Epub 2009 Jun 9. [Pubmed abstract]
  19. Preparation and analysis of uniquely positioned mononucleosomes. Gaykalova DA, Kulaeva OI, Bondarenko VA, Studitsky VM. Methods Mol Biol. 2009;523:109-23. doi: 10.1007/978-1-59745-190-1_8. [Pubmed abstract]
  20. Analysis of distant communication on defined chromatin templates in vitro. Polikanov YS, Studitsky VM. Methods Mol Biol. 2009;543:563-76. doi: 10.1007/978-1-60327-015-1_33. [Pubmed abstract]

    2008:

  21. Histone N-terminal tails interfere with nucleosome traversal by RNA polymerase II. Ujv?ri A, Hsieh FK, Luse SW, Studitsky VM, Luse DS. J Biol Chem. 2008 Nov 21;283(47):32236-43. doi: 10.1074/jbc.M806636200. Epub 2008 Sep 23. [Pubmed abstract]

    2007:

  22. Probability of the site juxtaposition determines the rate of protein-mediated DNA looping. Polikanov YS, Bondarenko VA, Tchernaenko V, Jiang YI, Lutter LC, Vologodskii A, Studitsky VM. Biophys J. 2007 Oct 15;93(8):2726-31. Epub 2007 Jun 15. [Pubmed abstract]
  23. Transcription through chromatin by RNA polymerase II: histone displacement and exchange. Kulaeva OI, Gaykalova DA, Studitsky VM. Mutat Res. 2007 May 1;618(1-2):116-29. Epub 2007 Jan 21. Review. [Pubmed abstract]
  24. Biochemical analysis of enhancer-promoter communication in chromatin. Polikanov YS, Rubtsov MA, Studitsky VM. Methods. 2007 Mar;41(3):250-8. Review. [Pubmed abstract]

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