spiral6 labor1




home4

НАУЧНЫЕ ИНТЕРЕСЫ

 scinterests
wp



Научные интересы нашей группы можно отнести к трём основным направлениям:




1) Функциональный анализ участков генома, специфичных для ДНК человека

2) Создание экспериментальных методов функционального исследования сложных геномов

3) Инженерия регуляторных участков генов

Далее – более подробно об этих направлениях:



1) Функциональный анализ участков генома, специфичных для ДНК человека.

  Это-наша основная фундаментальная задача. Такие последовательности, имеющиеся у человека, но отсутствующие у ближайшего родственника Homo sapiens, шимпанзе, обусловили на генетическом уровне фенотипические различия между этими видами. На настоящее время проведено практически исчерпывающее определение первичной структуры ДНК человека и более-менее полное –шимпанзе.
girlshimp
  Оказалось, что геномы человека и шимпанзе, составляющие каждый около 3 млрд пар оснований, идентичны на 98,8%. Различия между геномами представлены видоспецифичными делециями и дупликациями (78% всех различий), короткими (в основном однонуклеотидными) заменами оснований (19%), а также вставками мобильных элементов (далее в тексте – МЭ, 3%). Очевидно, что эти генетические различия определяют фенотипическую несхожесть человека и шимпанзе. Структурно-функциональный анализ видоспецифичной ДНК, таким образом, является ключом к пониманию молекулярных механизмов эволюции человека.
skel_musk
  Крупные геномные транслокации, на которые приходится большая часть различий, затрагивают протяжённые области и, как правило, не отражаются на регуляции содержащихся в них генов. Десятки миллионов однонуклеотидных замен спорадически распределены по геному, и их исчерпывающий функциональный анализ в настоящее время, по-видимому, невозможен. Наконец, МЭ, занимающие около 6,4 млн. п.н. человек-специфичной ДНК, являются перспективными кандидатами на важную, если не ведущую, роль в видообразовании.

skulls
 (Слева направо: черепа человека, шимпанзе, орангутана и макака вмещают мозг весом 1350, 400, 400 и 100 г., соответственно)

  Представленные четырьмя группами: эндогенными ретровирусами HERV-K(HML-2), ретротранспозонами Alu, SVA и L1, эти элементы обладают такими функциональными регуляторными последовательностями, как промоторы, энхансеры, сигналы полиаденилирования, сайты сплайсинга. Известны случаи изменения регуляции экспрессии генов человека, альтернативного сплайсинга транскриптов, преждевременной терминации транскрипции и даже регуляции антисмысловыми РНК под действием МЭ.

antisense

    Например, в ходе анализа представителей семейства эндогенных ретровирусов, занимающих около 5% ДНК всех человек-специфичных МЭ, нами было выявлено 6 случаев их значительного влияния на транскрипцию соседних генов, при этом в четырёх случаях человек-специфичные эндогенные ретровирусы служат мощными энхансорами известных функциональных генов, а в двух случаях - промоторами антисмысловых транскриптов, негативно регулирующих экспрессию генов на уровне РНК. Таким образом, мы впервые показали, что вставки человек-специфичных МЭ регулируют активность генов in vivo по-разному: как повышая, так и снижая экспрессию соседних генов хозяина. Интересно, что согласно литературным данным, три из обнаруженных дифференциально регулируемых генов вовлечены в формирование мозга в ходе эмбриогенеза.
  Вообще случаев специфичной для человека транскрипционной регуляции генов пока известно довольно мало – всего тридцать на январь 2009 г. (вместе с найденными нами шестью новыми случаями). Экстраполируя наши данные на весь пул человек-специфичных МЭ, получим, что более сотни генов (из общего числа ~25 тысяч) могут регулироватся человек-специфично под действием МЭ. По крайней мере некоторые такие изменения, связанные с регуляцией активности важных генов, особенно тех, которые вовлечены в эмбриональное развитие и формирование нервной системы, следует рассматривать как возможные кандидаты на роль участников видообразования человека на молекулярном уровне.

human_ancestor

  На настоящий момент мы детально охарактеризовали лишь одну группу человек-специфичных МЭ: эндогенные ретровирусы, и исчерпывающий функциональный анализ влияния на работу генов человека представителей остальных групп:  Alu, SVA и L1 - это именно та фундаментальная задача, которую мы собираемся реализовывать в ближайшее время. Для этого планируется проведение следующих исследований:
-детальная каталогизация человек-специфичных представителей вышеупомянутых семейств, создание соответствующих баз данных;
-картирование близлежащих генов человека, отбор МЭ, расположенных в непосредственной близости (до 5 тпн) от точек начала транскрипции генов;
-экспериментальное тестирование влияния МЭ на активность промоторов соответствующих генов на клеточных культурах. При этом будет сравниваться активность последовательностей генома человека с/без вставки МЭ, а также  соответствующей последовательности шипманзе;
-анализ уровня метилирования МЭ, влияющих на активность промоторов генов, в различных тканях человека;
-сравнение уровней транскрипции соответствующих генов-кандидатов в тканях человека и шимпанзе.



2) Создание экспериментальных методов функционального исследования сложных геномов.

  Конечно, когда интерес исследователей ограничивается небольшим количеством генов, то вполне реально провести всеобъемлющий анализ таких объектов: например, охарактеризовать особенности экспрессии, транскрипционной и эпигенетической регуляции, провести ассоциативный анализ на выборках пациентов. Причём сделать это возможно уже существующими и даже рутинными методами молекулярной биологии. Но если интересны полногеномные исследования (а именно они, возможно, и представляют наибольший интерес), то чётко выявляется абсолютная недостаточность многих прославленных экспериментальных подходов.

Chips

     Одна из задач нашей группы – разработка “масштабных” новых подходов, которые давали бы нам очевидные преимущества при экспериментальном анализе функционирования полных геномов. Несколько подобных методик были разработаны нами ранее (см. раздел “Некоторые результаты”), а сейчас мы работаем над созданием метода поиска гипометилированных регуляторных областей генома. В настоящее время известно, что метилирование ДНК является одним из основных механизмов регуляции транскрипции генов. Поэтому гипометилированные регуляторные участки могут сигнализировать о транскрипционной активности соседних генов (одиночных или групп генов). Учитывая то, что транскрипты многих активных генов всегда представлены малым количеством копий мРНК, что делает невозможным анализ их экспрессии на микрочипах, метод поиска гипометилированных регуляторных последовательностей представляется лучшей альтернативой.
methyl

   Этот подход может быть применён как для бесконечного множества фундаментальных целей, так и для прикладных исследований, например, для поиска новых онкомаркёров.



3) Инженерия регуляторных участков генов.

  Основная цель этого направления исследований – идентификация новых тканеспецифических последовательностей регуляторов транскрипции, прежде всего - промоторов и энхансоров. Такие последовательности чрезвычайно востребованы для фундаментальных задач, например, для программируемой экспрессии интересующего гена в нужной ткани или в нужном типе клеток, а также в прикладных исследованиях – прежде всего, для нужд генной терапии.
Например, в настоящее время мы ведём работу по созданию векторов для генной терапии герминогенных опухолей, основываясь на последовательности недавно созданного нами промотора с очень высокой тканеспецифичностью к клеткам-мишеням. Применение подхода поможет убрать ряд побочных эффектов химиотерапии и некоторых других видов генной терапии.

яя




Москва, 117997, ул. Миклухо-Маклая, д. 16/10

Тел.: +7-495-330-6574; Факс: +7-495-330-6538