В предлагаемом проекте планируется развивать четыре оригинальные темы в рамках общей фундаментальной задачи постгеномной эры исследований в биологии - расшифровки механизмов преобразования геномной информации в трехмерную структуру организма. Все темы имеют хороший задел в нашей лаборатории и безусловный международный приоритет. Во-первых, мы планируем исследования, направленные на выяснение причин потери в эволюции способности к регенерации конечностей у позвоночных, в результате чего млекопитающие и, в том числе человек, оказались не способны восстанавливать утраченные конечности. Ранее мы выдвинули гипотезу о том, что такое снижение регенерационных потенций может быть связано с потерей в ходе эволюции группы генов, обеспечивающих регенерацию конечностей у рыб и амфибий. Поиск и изучение таких генов является актуальнейшей задачей в рамках выявления новых регуляторов регенерации, имеющих потенциальное значение для регенеративной медицины. С помощью разработанного нами универсального биоинформатического подхода для прицельного поиска таких генов мы идентифицировали группу генов, активирующихся в регенерации у рыб и амфибий, но отсутствующих у высших позвоночных, не способных к такой регенерации. Предполагается выяснить функции некоторых из выявленных генов, исчезнувших в эволюции на уровне предков рептилий, в регенерации конечностей у модельного объекта, головастиков шпорцевой лягушки. В ходе работы мы изучим эффекты влияния нокдауна и нокаута данных генов на регенерацию в целом, а также на формирование отдельных популяций клеток, формирующих регенерационную бластему. Также планируется изучить возможность регулировать процесс регенерации рекомбинантными белками генов, кодирующих секретируемые белки. Мы ожидаем, что в результате будет установлена ключевая роль этих генов в регенерации, что, учитывая их потерю у высших позвоночных, будет служить важным подтверждением нашей гипотезы и открывать перспективу для биомедицинских исследований. Во-вторых, будет проверена гипотеза о том, что возникновение у челюстноротых позвоночных (рыбы, амфибии, рептилии, птицы, млекопитающие) парных конечностей могло быть также связано с исчезновением или появлением у их предков определенных групп генов. Для этого мы собираемся использовать разработанный нами ранее метод, позволяющий прицельно проводить широкоформатный поиск подобных генов. Среди найденных генов будут отобраны несколько наиболее интересных для дальнейшего исследования их роли в развитии парных конечностей у модельных организмов: у рыб, амфибий и млекопитающих. В-третьих, будут изучены механизмы эмбрионального скейлинга: удивительной способности эмбрионов многих животных регулировать свою структуру в соответствии с собственными размерами. Данная проблема, лежащая на стыке биологии развития, молекулярной биологии и физики неравновесных систем, является одной из важнейших проблем биологии. Ранее мы выдвинули и экспериментально обосновали гипотезу о скейлерах – специальных генах, регулирующих структуру эмбриона, уровень экспрессии которых существенно зависит от его размера. В качестве основной задачи по этому направлению мы планируем изучить на модели эмбриона шпорцевой лягушки механизм размер-зависимой регуляции экспрессии одного из найденных нами скейлеров – гена mmp3. Кроме того, будет продолжено изучение роли найденных нами ранее предполагаемых генов-скейлеров у двух других классических модельных объектов - морского ежа и актинии. В-четвертых, будет проведен широкоформатный поиск и изучение генов, экспрессия которых контролируется цитоскелетным белком Zyxin с помощью недавно открытого нами механизма, основанного на регуляции стабильности мРНК. В ходе работы по проекту будет получено много новых данных о механизмах функционирования генов, регулирующих такие важнейшие процессы, как регенерация, развитие конечностей и скейлинг морфогенетических полей, результаты проекта будут иметь не только большое фундаментальное значение, но в перспективе также будут важны для биомедицины.