Сайт в стадии разработки [Старая версия сайта]
Самый цитируемый биологический институт РФ *

Отдел структуры и функций РНК

Отдел структуры и функции РНК является одним из самых молодых отделов НИИ ФХБ. Ранее он в качестве подразделения входил в состав Отдела химии и биохимии нуклеопротеидов под руководством академика Богданова А.А.(до 2003 года), а в период с 2003 по 2010 годы подразделением руководила член-корр. РАН, профессор Донцова О.А. В 2010 году группа Донцовой О.А. стала самостоятельным Отделом структуры и функции РНК.

Основные направления исследований

(i) Изучение трансляционного аппарата

Изучение инициации трансляции и участия в ней инициаторных факторов. Кроме кодирующей части, мРНК содержит так называемую 5'-нетранслируемую область с последовательностью Шайна-Дальгарно, которая отвечает за правильную посадку инициирующей рибосомы. Соответственно, различные варианты последовательности Шайна-Дальгарно влияют на регуляцию трансляции клеточных белков. Более того, инициация трансляции невозможна без инициаторных факторов, роль которых на сегодняшний день выяснена не до конца.

Обнаружение и исследование роли модификаций, которые претерпевают РНК и белки, участвующие в трансляции. Известно большое разнообразие различных дополнительных химических функциональных групп, которые присоединяются к нуклеотидам и аминокислотам путем специфической модификации в клетке, причем в бактериях очень часто за одну модификацию отвечает отдельный фермент, соответственно клетке необходимо синтезировать множество ферментов. А зачем клетке такие затратные процессы? Какую роль выполняет каждая из модификаций? В рибосомных РНК насчитывается более трех десятков модифицированных нуклеотидов, бóльшая часть из которых – метилированные. Большинство метилированных нуклеотидов находятся в непосредственной близости от функционально значимых центров рибосомы и влияют на эффективность и точность прохождения различных этапов трансляции. Нас интересует, конкретная роль некоторых модификаций нуклеотидов рРНК и белков, например, белок S6 содержит на С-конце два и более остатков глутаминовой кислоты, которые значительно усиливают его суммарный отрицательный заряд. Работа направлена на выяснение, каким образом, в какой момент и зачем это происходит.

Изучение антибиотиков, действующих на рибосому. Антибиотики подавляют рост бактерий или приводят к их смерти. Большинство из них блокируют белковый синтез в бактериях. Известно, что бактерии способны приспосабливаться к губительному действию таких веществ, приобретая к ним устойчивость. Данное явление вызывает потребность поиска все новых и новых антибиотиков. Необходимо исследовать механизмы их действия для усовершенствования их антибактериальной активности.

(ii) Изучение теломеразы в различных организмах

Изучение структурно-функциональных особенностей теломеразы с использованием в качестве модельной системы простейшего эукариотического организма – дрожжей. Один из важных объектов исследований – белок Est3, необходимый участник теломеразного комплекса дрожжей S. cerevisiae. В лаборатории были показаны новые функции данного компонента, в частности, способность специфически расплетать ДНК-РНК дуплексы, что позволяет предположить его непосредственное участие в обеспечении процессивности фермента. Изучение регуляции Est3, его взаимодействия с теломерной ДНК и с теломеразой позволит лучше понять механизм работы теломеразного комплекса на молекулярном уровне.

Исследования теломеразы высших эукариот (в т.ч. изучение человека). Предметом особенного интереса является регуляция экспрессии основных компонентов теломеразы в человеческих клетках, биогенез теломеразной РНК и альтернативные функции фермента, не связанные с синтезом теломерной ДНК.

Поиск и создание ингибиторов и активаторов теломеразы. Данная работа проводится совместно с органической кафедрой химического факультета МГУ.

Основные научные достижения отдела

(i) Изучение трансляционного аппарата
  • Создана система, позволяющая при первичном скрининге потенциальных антибактериальных препаратов выявлять те из них, которые ингибируют работу рибосомы, замедляя скорость трансляции. Система основа на использование репортерной конструкции, содержащей гены двух флуоресцентных белков, экспрессия одного из которых зависит от скорости трансляции [Osterman IA et al, 2012, Antimicrob Agents Chemother].

  • Создан набор репортерных конструкций (более 100), в которых один из флуоресцентных белков имеет различные 5’-НТО, как природные так и модельные, а второй является внутренним стандартом и его 5’-НТО во всех конструкциях одинаковая. Подобный набор позволяет детально изучать процесс инициации и реинициации трансляции, а так же с использование коллекции штаммов с нокаутами генов E. coli находить новые белки, оказывающие влияние на трансляцию [Sergiev PV, 2012, NAR].

  • Разработан метод выделения функционально-активных 30S субчастиц в чистом виде с помощью аффинной хроматографии за вставку стрептавидин-связывающего аптамера в спираль 33а 16S рРНК [Golovina AY, 2010, Biochimie].

  • Показано, что модификации C967 и G966 16S рРНК способствуют адаптации клеток E. coli к неблагоприятным условиям. Изучена и охарактеризована метилтрансфераза RsmD, метилирующая G966 16S рРНК [Sergeeva OV, 2012, RNA].

  • Предложен новый метод обнаружения модификаций нуклеотидов путем измерения температур плавления дуплексов, образованных рРНК и двумя меченными ДНК-олигонуклеотидами, комплементарными рРНК в области модифицированного нуклеотида. Олигонуклеотиды, один из которых содержит на конце модификацию меткой FAM, а другой – тушителем BHQ1, – гибридизуются на рРНК в непосредственной близости друг от друга, и наблюдается разгорание флуоресценции при температуре, характерной для конкретного дуплекса. С помощью предложенного метода можно достоверно обнаружить наличие модифицированных нуклеотидов m7G и m6A [в печати].

  • Идентифицирована SAM-зависимая метилтрансфераза YfiC E. coli, которая метилирует атом N6 нуклеотида А37 тРНК1Val. Показано, что наличие данной метильной группы способствует выживанию клеток при осмотическом и окислительном стрессе [Golovina AY, 2009, RNA].

(ii) Изучение теломеразы в различных организмах
  • Создан новый класс соединений - ингибиторов теломеразы, интересный как потенциальная основа специфической антираковой терапии [Zvereva ME et al, 2011, WIPO Patent Application: WO/2011/126409].

  • Идентифицированы компоненты теломеразы термотолерантных дрожжей H. polymorpha, что позволило получить эти компоненты в стабильном очищенном состоянии и является основой для создания системы реконструкции теломеразы in vitro [Смекалова ЕМ и др, 2012, Acta Naturae].

  • Определены различные механизмы регуляции теломеразной активности и длины теломер у H. sapiens, а так же в дрожжах H. polymorpha, S. cerevisiae [Rubtsova MP et al, 2009, Biochemistry (Mosc)].

  • Установлено, что теломераза дрожжей S. cerevisiae активна in vitro в мономерной форме, а так же, что в состав активных теломеразных комплексов S. cerevisiae входит биотинилированный компонент [Shcherbakova DM et al, 2009, Biochemistry (Mosc);  Shcherbakova DM et al, 2009, Acta Naturae].

  • Идентифицированы биохимические свойства и их взаимосвязь для дополнительного белка теломеразного комплекса S. cerevisiae Est3: способность гидролизовать ГТФ, специфично взаимодействовать с ДНК и РНК-гетеродуплексами, а так же квадруплексами in vitro [ Shubernetskaya O et al, 2011, Biochimie; Sharanov YS, 2006, FEBS Letters; Malyavko AG, 2010, Dokl Biochem Biophys].

Научно-исследовательские проекты и грантовая поддержка

Гранты

  • грант американского фонда CRDF (США);

  • грант Медицинского института Говарда Хьюза HHMI (Hovard Huges Medical Institute);

  • гранты Министерства Науки и Образования РФ:

    • в рамках ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России";

    • "Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук";

    • в рамках ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса на 2007-2012 годы";

  • грант Президента Российской федерации для государственной поддержки молодых российских ученых

  • гранты РФФИ.

Международное сотрудничество

  • Max Planсk Institute of Biophysical Chemistry, Germany

  • Max Planck Institute for Molecular Genetics, Germany

  • Institute of Biotechnology, Lithuania

  • EMBL, Germany

Преподавательская деятельность

Многие сотрудники отдела занимаются активной преподавательской деятельностью. В настоящее время ведутся лекции для студентов:

  • 5 курса Химического факультета МГУ:
    • Основы клеточной биологии (Рубцова М.П.)
    • Введение в вирусологию (Рубцова М.П.)
    • Структура РНК (Донцова О.А.)
    • Молекулярная биология (Донцова О.А., Сергиев П.В.)
    • Деление клетки в курсе "Клеточная биология" (Зверева М.Э.)
    • Развитие в курсе "Клеточная биология" (Зверева М.Э.)
  • 1 курса факультета биоинженерии и биоинформатики:
    • Химические основы биологических процессов (Зверева М.Э.)
  • 2 курса факультета биоинженерии и биоинформатики:
    • Основы Молекулярной биологии (Сергиев П.В.)
  • межфакультетского НОЦ по нанотехнологиям:
    • «Самособирающиеся нанострутуры на основе нуклеиновых кислот», или «ДНК-нанотехнология»(Зверева М.Э.)

В отделе работают 5 аспирантов химического факультета МГУ.

Все сотрудники отдела

Штатные сотрудники

На обучении

Материалы раздела

Избранные статьи Все статьи
  1. Mazhuga A.G., Zvereva M.E. (2011) TELOMERASE INHIBITORS AND A METHOD FOR THE PREPARATION THEREOF. WIPO Patent Application, : WO/2011/126409. >>

  2. Osterman I.A., Sergiev P.V., Tsvetkov P.O., Makarov A.A., Bogdanov A.A., Dontsova O.A. (2011) Methylated 23S rRNA nucleotide m(2)G1835 of Escherichia coli ribosome facilitates subunit association. Biochimie, 93: 725-729. >>

  3. Sergiev P., Golovina A., Prokhorova I., Sergeeva O., Osterman I., Nesterchuk M., Burakovsky D., Bogdanov A., Dontsova O. (2011) Modifications of Ribosomal RNA: From Enzymes to Function. Ribosomes Structure, Function, and Dynamics- Rodnina/ Wintermeyer/ Green (Editors) – Springer Verlag, Wien, : 97-110. >>

  4. Shubernetskaya O., Logvina N., Sharanov Y., Zvereva M. (2011) Yeast telomerase protein Est3 is a novel type of GTPase. Biochimie, 93 (2): 202-6. >>

  5. Zvereva M.I., Shcherbakova D.M., Dontsova O.A. (2010) Telomerase: structure, functions, and activity regulation. Biochemistry (Mosc), 75 (13): 1563-83. >>

  6. Shpanchenko O.V., Bugaeva E.Y., Golovin A.V., Dontsova O.A. (2010) Trans-translation: Findings and hypotheses. Molecular Biology, 44 (4): 495-502.

  7. Golovina A.Y., Bogdanov A.A., Dontsova O.A., Sergiev P.V. (2010) Purification of 30S ribosomal subunit by streptavidin affinity chromatography. Biochimie, 92 (7): 914-917.

  8. Burakovsky, D.E., Sergiev, P.V., Steblyanko, M.A., Kubarenko, A.V., Konevega, A.L., Bogdanov, A.A., Rodnina, M.V., Dontsova O.A. (2010) Mutations at the accommodation gate of the ribosome impair RF2-dependent translation termination. RNA, 16: 1848-1853. >>

  9. Petrenko A.A., Korolenkova L.I., Skvortsov D.A., Fedorova M.D., Skoblov M.U., Baranova A.V.,Zvereva M.E., Rubtsova M.P., Kisseljov F.L. (2010) Cervical intraepithelial neoplasia: Telomerase activity and splice pattern of hTERT mRNA. Biochimie, 92 (12): 1827-31. >>

  10. Bugaeva E.Y., Surkov S., Golovin A.V., Ofverstedt L.G., Skoglund U., Isaksson L.A., Bogdanov A.A., Shpanchenko O.V., Dontsova O.A. (2009) Structural features of the tmRNA-ribosome interaction. RNA-Publ. RNA Soc., 15 (12): 2312-2320.

  11. Golovina A.Y., Sergiev P.V., Golovin A.V., Serebryakova M.V., Demina I., Govorun V.M., Dontsova O.A. (2009) The yfiC gene of E-coli encodes an adenine-N6 methyltransferase that specifically modifies A37 of tRNA(1)(Val)(cmo(5)UAC). RNA-Publ. RNA Soc., 15 (6): 1134-1141.

  12. Shcherbakova D.M., Sokolov K.A., Zvereva M.I., Dontsova O.A. (2009) Telomerase from yeast Saccharomyces cerevisiae is active in vitro as a monomer. Biochemistry (Mosc), 74 (7): 923–932. >>

  13. Rubtsova M.P., Skvortsov D.A., Petruseva I.O., Lavrik O.I., Spirin P.V., Prasolov V.S., Kisseljov F.L., Dontsova O.A. (2009) Replication protein A modulates the activity of human telomerase in vitro. Biochemistry (Mosc), 74 (1): 92-96. >>

  14. Sergiev P.V., Serebryakova M.V., Bogdanov A.A., Dontsova O.A. (2008) The ybiN gene of E. coli encodes adenine-N6 methyltransferase specific for modification of A1618 of 23S ribosomal RNA, a methylated residue located close to the ribosomal exit tunnel. J. Mol. Biol., 375: 291-300. >>

  15. Sergiev P.V., Bogdanov A.A., Dontsova O.A. (2007) Ribosomal RNA guanine-(N2)-methyltransferases and their targets. Nucleic Acids Research, 35 (7): 2295-2301.

  16. Lesnyak D.V., Osipiuk J., Skarina T., Sergiev P.V., Bogdanov A.A., Edwards A., Savchenko A., Joachimiak A., Dontsova O.A. (2007) Methyltransferase that modifies guanine 966 of the 16 S rRNA - Functional identification and tertiary structure. Journal of Biological Chemistry, 282 (8): 5880-5887.

  17. Lesnyak D.V., Sergiev P.V., Bogdanov A.A., Dontsova O.A. (2006) Identification of Escherichia coli m(2) G methyltransferases: I. The ycbY gene encodes a methyltransferase specific for G2445 of the 23 S rRNA. Journal of Molecular Biology, 364 (1): 20-25.

  18. Sergiev P.V., Lesnyak D.V., Bogdanov A.A., Dontsova O.A. (2006) Identification of Escherichia coli m(2) G methyltransferases: II. The ygjO gene encodes a methyltransferase specific for G1835 of the 23 S rRNA. Journal of Molecular Biology, 364 (1): 26-31.

  19. Sharanov Y.S., Zvereva M.I., Dontsova O.A. (2006) Saccharomyces cerevisiae telomerase subunit Est3p binds DNA and RNA and stimulates unwinding of RNA/DNA heteroduplexes. FEBS Letters, 580: 4683-4690. >>

  20. Rubtsova M.P., Sizova D.V., Dmitriev S.E., Ivanov D.S., Prassolov V.S., Shatsky I.N. (2003) Distinctive properties of the 5 '-untranslated region of human Hsp70 mRNA. Journal of Biological Chemistry, 278 (25): 22350-22356.