Лаборатория регуляторной транскриптомики

Отдел геномики и постгеномных технологий

Руководитель: Ажикина Татьяна Леодоровна, д. б. н.
tatazhik@ibch.ru

транскриптомика микобактерий, покоящиеся формы возбудителя туберкулеза, латентность, малые некодирующие РНК, механизмы регуляции генной экспрессии у бактерий, антибактериальные агенты, эпигенетика, piRNA/PIWIL система, опухолеобразование, циркулирующая ДНК крови

Лаборатория регуляторной транскриптомики ИБХ РАН проводит фундаментальные исследования в области молекулярной биологии, молекулярной микробиологии, эпигенетики и молекулярной онкологии. Лаборатория занимается исследованием регуляторных функций РНК как у про-, так и у эукариот.  Изучается регуляторная роль малых РНК в патогенезе микобактерий. Проводятся исследования механизмов регуляции генов рибосомных белков у бактерий, включая микобактерии.

Другим направлением является работа, направленная на выявление детальных механизмов функционирования некодируемых piRNA и белков семейства PIWIL в процессе развития опухолей яичек, а также поиске и анализе эпигенетических паттернов циркулирующей ДНК крови, характерных для рака легкого.

Исследования ведутся методами молекулярной биологии, генной инженерии, микробиологии, молекулярной генетики. Активно используются методы высокопроизводительного секвенирования и биоинформатические подходы.

Лаборатория сотрудничает со многими лабораториями и группами ИБХ, а также ФИЦ Биотехнологии РАН (лаборатория биохимии стрессов микроорганизмов, зав. проф. Капрельянц А.С.), ЦНИИ Туберкулеза (отдел иммунологии, проф. Апт А.С.), ФГБУ «НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина» (отделение клинической фармакологии и химиотерапии), НИИ онкологии Томского НМИЦ (лаборатория молекулярной онкологии и иммунологии), Институтом химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН. Международные контакты – Институт физико-химической биологии и Университет Дидро, Париж, Франция (UMR 8261, CNRS, Paris). 

Лаборатория была образована в 2017 году из двух групп, д.б.н. Т.Л. Ажикиной и к.х.н. Бони И.В., выделенных из лаборатории структуры и функций генов человека (под руководством академика Е.Д. Свердлова).

1. Функциональная геномика и транскриптомика микобактерий, в т.ч. Mycobacterium tuberculosis – возбудителя туберкулеза человека

  • Адаптивные изменения транскриптома Mycobacterium tuberculosis  при развитии инфекции, изучение процессов адаптации микобактерий к стрессовым условиям
  • Транскриптомный анализ покоящихся форм микобактерий. Изучение механизмов реактивации
  • Транскриптомика M. tuberculosis  в инфицированных тканях модельных организмов
  • Некодирующие малые РНК  M. tuberculosis как факторы патогенеза
  • Выяснение механизма действия противотуберкулезных препаратов

2. Транскрипционная и трансляционная регуляция оперонов рибосомных белков у гамма-протеобактерий и актинобактерий in vivo

3. Эпигенетика опухолеобразования

 

  • Изучение роли piRNA/ PIWIL системы в процессах возникновения и развития герминогенных опухолей  яичка (testicular germ cell tumors, TGCTs)
  • Исследование эпигенома, циркулирующего в крови больных раком легкого. Поиск в циркулирующей ДНК крови уникальных паттернов метилирования ретротранспозонов LINE1, ассоциированных с опухолевым процессом при раке

1. Функциональная геномика и транскриптомика микобактерий, в т.ч. Mycobacterium tuberculosis – возбудителя туберкулеза человека

 

  • Разработан универсальный  метод анализа транскриптома внутриклеточных патогенов в инфицированных тканях,  который может быть использован для исследований любого бактериального инфекционного возбудителя, в том числе, поиска факторов вирулентности, мишеней лекарственной терапии, разработки стратегии эпидемиологического мониторинга заболевания (Skvortsov et al, 2010, BioTechniques). Метод был применен для изучения изменений, происходящих в транскриптомах патогенного (M. tuberculosis) и условно-патогенного (M. avium) видов микобактерий при адаптации к инфекции в мышах с разной чувствительностью к туберкулезу (Skvortsov et al 2010, Acta Naturae; Ignatov et al, 2013, Acta Naturae). Проведено профилирование транскриптомов в динамике развитии инфекции на мышиной модели. Выявлены особенности профиля экспрессии генов микобактерий, ведущие к прогрессии заболевания
  • Охарактеризован транскриптом M. tuberculosis в покое (дормантном состоянии) и при реактивации в модели in vitro. Впервые показано, что покоящиеся клетки микобактерий характеризуются глобальным снижением содержания белок-кодирующих  транскриптов. Транскриптом покоящихся клеток стабилен на протяжении длительного времени. В покоящихся клетках обнаружен новый сайт расщепления 23S рРНК, по-видимому, участвующий в замедлении трансляции. Реактивация  покоящихся клеток характеризуется быстрым транскрипционным «взрывом» (активация генов синтеза жирных/миколовых кислот и регуляторных белков), последующей активацией транскрипции  генов ключевых метаболических путей, что затем приводит к клеточному делению (Ignatov et al, 2015, BMC Genomics; Salina et al, 2019, Front Cell Infect Microbiol)
  • Впервые показана роль малой некодирующей РНК MTS1338 в адаптации M. tuberculosis к персистированию в макрофагах при инфекции. Повышение экспрессии этой малой РНК коррелирует с развитием адаптивного иммунного ответа хозяина, MTS1338  участвует в остановке созревания фаголизосом, а также изменении спектра цитокинов
  • Изучен механизм действия 1-hydroxy-5-R-pyridine-2(1H)-thione (HTP) -  нового медь-зависимого ингибитора роста M. tuberculosis, который обеспечивает внутриклеточное накопление токсичных для микобактерий концентраций меди  (Salina et al, 2018, Metallomics)

2. Транскрипционная и трансляционная регуляция оперонов рибосомных белков у гамма-протеобактерий и микобактерий

 

  • Впервые исследован транскрипционный и трансляционный контроль экспрессии 7 оперонов р-белков E. coli и родственных гамма-протеобактерий in vivo. Идентифицировано 5 рибосомных белков, способных регулировать трансляцию мРНК своего оперона по механизму обратной связи (аутогенная репрессия): S1 (Boni et al. J. Bacteriol. 2000, EMBO J 2001, Tchufistova et al. Nucleic Acids Res 2003), S2 (Aseev et al. RNA 2008, Mol. Biol. 2009, J. Bacteriol. 2013, Biochemistry Mosc. 2014), L25 (Aseev et al. RNA 2015), L13 (Aseev et al. J. Bacteriol. 2016), L31 (Aseev et al. RNA submitted). Впервые показано, что не все опероны р-белков у E. сoli регулируются по механизму трансляционной аутогенной репрессии (Aseev et al. J. Bacteriol. 2016), при этом транскрипция всех исследованных оперонов подвержена негативной регуляции по механизму строгого контроля с участием алармона ppGpp и его кофактора белка DksA, как и в случае оперонов рРНК
  • Впервые показано, что механизм трансляционного аутогенного контроля работает у микобактерий (на примере оперона rpsO M. smegmatis, Aseev et al. 2019, FEBS Openbio)

 

3. Эпигенетика опухолеобразования

  • Обнаружены короткие изоформы PIWIL2, дифференциально экспрессирующиеся в герминогенных опухолях яичка,  но не в нормальных тканях, определена структура соответствующих транскриптов и регуляторных областей (Gainetdinov et al, 2014, Plos One). Уровень экспрессии короткой изоформы белка PIWIL2  может служить маркером, отличающим недифференцированные  опухоли от злокачественных дифференцированных с неблагоприятным прогнозом (Gainetdinov et al, 2016, Oncotarget). Секвенирование библиотек коротких РНК показало, что в герминогенных опухолях отсутствует биогенез piRNA, однако есть данные о возможном участии короткой изоформы белка PIWIL2  в сайленсинге транспозонов посттранскрипционно (Gainetdinov et al, 2017, RNA; Gainetdinov et al, 2018, BMC Cancer). Короткая изоформа белка PIWIL2 вносит вклад в опухолеподобное изменение клеточного фенотипа, усиление миграции и пролиферации клеток
  • Методом глубокого локус-направленного бисульфитного секвенирования показано снижение уровня метилирования регуляторной области «молодого» человек-специфичного семейства L1Hs циркулирующей ДНК крови больных раком легкого (Gainetdinov et al., 2016, Lung Cancer).

Все публикации (показать избранные)

Загружаются...

Ажикина Татьяна Леодоровна

  • Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 — На карте
  • ИБХ РАН, корп. 52, комн. 663
  • Тел.: +7(495)330-6547
  • Эл. почта: tatazhik@ibch.ru

Малая некодирующая РНК Mycobacterium tuberculosis MTS1338 – бактериальный фактор вирулентности, модулирующий иммунный ответ при инфекции

Малая некодирующая РНК MTS1338 присутствует только в геномах патогенных микобактерий туберкулезного комплекса и высоко экспрессируется при инфекции макрофагов. Мы показали, что MTS1338 обеспечивает сопротивляемость микобактерий к окислительному стрессу, замедляет созревание фаголизосом при инфекции макрофагов и моделирует иммунный ответ, активируя синтез провоспалительных цитокинов. Созданные мутантные штаммы с делетированным геном MTS1338 демонстрировали существенное снижение вирулентности M. tuberculosis при инфекции мышей. Таким образом, малая некодирующая РНК MTS1338 – новый фактор вирулентности M. tuberculosis, обеспечивающий внутриклеточное выживание микобактерий.

Новый класс антисмысловых олигонуклеотидов – фосфорилгуанидиновые аналоги – специфично подавляет экспрессию гена-мишени микобактерий внутри макрофагов

Фосфорилгуанидин-2'-O-метилрибоолигонуклеотиды (2'-OMe PGOs) представляют собой новый тип незаряженных аналогов РНК. Мы продемонстрировали, что антисмысловой 2'-OMe PGO ингибирует рост Mycobacterium smegmatis и подавляет экспрессию целевого гена как на уровне транскрипции, так и на уровне трансляции. 2'-OMe PGO проникает в микобактерии, находящиеся в макрофагах, не оказывая токсического действия на эукариотические клетки, и ингибирует транскрипцию гена-мишени во внутримакрофагальных M. smegmatis. Таким образом, эти новые производные олигонуклеотидов имеют потенциал в качестве антисмысловых терапевтических агентов против туберкулеза, особенно его лекарственно-устойчивых форм.

Роль белка PIWIL2 в образовании герминогенных опухолей

Эволюционно высоко консервативные белки семейства PIWIL участвуют во многих клеточных процессах, сопровождающих канцерогенез. Их функционирование  осуществляется в комплексе с короткими некодирующими РНК (piRNA), которые определяют стабильность геномов, препятствуя экспрессии и возможным перемещениям мобильных элементов. Мы исследовали функции PIWI/piRNA системы в герминальных клетках яичек, а также в динамике образования герминогенных опухолей, и показали, что в опухолях экспрессируется редуцированная, 60 кДа, форма белка PIWIL2. При этом в опухолевых клетках отсутствует биогенез piRNA, а короткая изоформа PIWIL2 способна подавлять экспрессию молодых семейств LINE и SINE пост-транскрипционно, что может обеспечивать преимущества  для опухолевого роста за счет поддержания стабильности ее генома