Лаборатория механизмов генной экспрессии

Руководитель: Шпаковский Георгий Вячеславович, д. б. н.
+7 (495) 330-65-83 · gvs@ibch.ru

эукариотическая транскрипция, регуляция генной экспрессии, генные дупликации, эволюция человека

Лаборатория создана в мае 2007 года на базе группы с тем же названием, которая существовала как независимое структурное подразделение ИБХ РАН с декабря 2001 г.

Направления исследований

Основным направлением исследований лаборатории с момента её формирования является изучение механизмов экспрессии генов эукариотических организмов, прежде всего на стадии транскрипции. Изучаются структура и функции ядерных РНК-полимераз I–III дрожжей (Schizosaccharomyces pombe и Saccharomyces cerevisiae) и РНК-полимеразы II человека (как целых ферментных комплексов, так и отдельных субъединиц каждого из них), а также некоторые общие (TFIIS, TFIIF) и специфические (например, bZIP-белки) транскрипционные факторы эукариот. Зачастую, особенно в случае изучения генов системы транскрипции человека, наши текущие исследования относятся к области функциональной и эволюционной геномики.

Основные достижения

В ходе работ было показано, что у человека, в отличие от подавляющего большинства эукариот, существуют множественные варианты субъединицы hRPB11 (POLR2J) РНК-полимеразы II [BMC Mol. Biol., 2001, V. 2:14] и что эти различные изоформы кодируются в геноме Homo sapiens четырьмя разными генами, расположенными на хромосоме 7 [Биоорган. химия, 2004, Т. 30, № 6, С. 621—625]. Было также установлено, что специфические для человека изоформы hRPB11 содержат в своём составе пептидные участки, характерные для белков системы репарации из семейства PMS2, которые в геноме человека также кодируются множественными генами. Определена анатомия всех четырёх POLR2J и всех шестнадцати PMS2-подобных генов человека, содержащих от 4 до 16 экзонов каждый, получено представление о всём разнообразии возможных мРНК и белков, синтезируемых при экспрессии POLR2J и PMS2 (по 14—20 изоформных вариантов в каждом случае). Изучается тканеспецифичность экспрессии некоторых из кодируемых ими мРНК в норме и патологии. Проводится сравнительный анализ функций различных изоформ субъединицы hRPB11 человека и анализ изоформ белка MMR-системы репарации hPMS2 с помощью таких генетических и биохимических подходов, как направленный мутагенез и получение условных мутантов, дрожжевая двухгибридная система, супрессорный анализ, продукция соответствующих белков в E. coli и анализ их функций in vitro.

Расположение на хромосоме 7 человека важных для эволюции высших приматов четырёх генов-паралогов POLR2J (J1–J4) и шестнадцати генов-паралогов PMS2 (PMS2, ψ0, ψ1–ψ14) и этапы амплификации (1, 2 и 3) генов POLR2J, два из которых (обозначены розовыми кружками) специфичны для Homo sapiens. Mya — million years ago.

Ф.И.О.ДолжностьЭл. почта
Словохотов Иван Юрьевичм.н.с.
Шематорова Елена Константиновна, к. б. н.с.н.с.
Шпаковский Дмитрий Геннадьевичм.н.с.

Избранные публикации

  1. Shpakovski D.G., Shematorova E.K., Shpakovski G.V. (2006). Human PMS2 gene family: origin, molecular evolution, and biological implications. Dokl. Biochem. Biophys. 408 (5), 175–179 [+]

    Проведен филогенетический анализ генов семейства PMS2 приматов и уточнена их классификация. Установлено, что в эволюции этого генного семейства имеются стадии, специфичные для человека. Предложена гипотеза о трёхкомпонентной белковой системе, продуцируемой PMS2-подобными генами Homo sapiens.

  2. Proshkina G.M., Shematorova E.K., Proshkin S.A., Zaros C., Thuriaux P., Shpakovski G.V. (2006). Ancient origin, functional conservation and fast evolution of DNA-dependent RNA polymerase III. Nucleic Acids Res. 34 (13), 3615–24 [+]

    Определены основные этапы эволюции ядерных РНК-полимераз I—III эукариот. Показано, что состоящий из трёх РНК-полимераз базовый аппарат транскрипции ядерных организмов возник очень давно и характерен для представителей всех основных царств (таксономических супергрупп) эукариот. В ходе дальнейшей эволюции трёх ферментов транскрипции состоящий из двенадцати субъединиц кор РНК-полимераз оставался консервативным, а субъединицы, специфичные для каждого из трёх типов полимераз, быстро дивергировали. В составе 12-субъединичного кóра РНК-полимеразы III впервые обнаружены три высоко консервативных домена, специфичных для этого фермента транскрипции.

  3. Shpakovski D.G., Shematorova E.K., Shpakovski G.V. (2004). New genes on human chromosome 7: bioinformatic analysis of a gene cluster from the POLR2J family. Bioorg. Khim. 30 (6), 621–5 [+]

    В составе хромосомы 7 человека выявлены четыре независимых гена, кодирующих различные варианты субъединицы hRPB11 РНК-полимеразы II Homo sapiens. Установлено, что при экспрессии четырёх генов POLR2J человека могут синтезироваться, по крайней мере, 14 видов зрелых, кодирующих слегка различные изоформы hRPB11, мРНК, 11 из которых охарактеризованы. Предложена и обоснована схема происхождения множественных генов семейства POLR2J путём трёх увеличивающихся в размерах дупликаций, позволяющая сделать ряд интересных наблюдений о путях эволюции отдельных человеческих генов и о механизмах генерирования белкового разнообразия у высших эукариот.

  4. Wood V., Gwilliam R., Rajandream M.A., Lyne M., Lyne R., (> 100 authors here) , Paulsen I., Potashkin J., Shpakovski G.V., Ussery D., Barrell B.G., Nurse P., Cerrutti L. (2002). The genome sequence of Schizosaccharomyces pombe. Nature 415 (6874), 871–80 [+]

    При активном участии лаборатории завершено секвенирование и аннотация (см. также: Биоорган. химия, 1999, 25: 450–463) генома делящихся дрожжей Schizosaccharomyces pombe. В рамках международного проекта по полному секвенированию генома Schizosaccharomyces pombe в трёх локусах восстановлена непрерывность нуклеотидной последовательности хромосомы I: три изолированных в нашей лаборатории клона (pYUK71, pYUL23 и pYUG7) вошли в список клонов, составляющих полную физическую карту генома делящихся дрожжей. Впервые российская лаборатория была отмечена как полноправный участник проекта полного секвенирования генома эукариотического организма.

  5. Shpakovski G.V., Gadal O., Labarre-Mariotte S., Lebedenko E.N., Miklos I., Sakurai H., Proshkin S.A., Van Mullem V., Ishihama A., Thuriaux P. (2000). Functional conservation of RNA polymerase II in fission and budding yeasts. J. Mol. Biol. 295 (5), 1119–27 [+]

    Ранее нами была впервые продемонстрирована функциональная взаимозаменяемость in vivo отдельных субъединиц эукариотических РНК-полимераз между эволюционно далекими организмами (Г. В. Шпаковский и др.: Gene, 1994, 147: 63–69; Mol. Cell. Biol., 1995, 15: 4702–4710) и и установлено функциональное родство малых субъединиц РНК-полимераз архей и эукариот (Биоорган. химия, 1997, 23: 110–117; J. Biol. Chem., 1999, 274: 8421–8427). В данной итоговой работе было проведено первое систематическое исследование взаимозаменяемости in vivo всех двенадцати субъединиц ядерной РНК-полимеразы II между эволюционно далекими видами дрожжей, Schizosaccharomyces pombe и Saccharomyces cerevisiae, а также завершены клонирование и функциональная характеристика всех компонентов РНК-полимеразы II делящихся дрожжей.

Руководитель подразделения

Шпаковский Георгий Вячеславович

  • Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 — На карте
  • ИБХ РАН, корп. 52, комн. 364
  • Тел.: +7 (495) 330-65-83
  • Эл. почта: gvs@ibch.ru