Лаборатория регуляторной транскриптомики проводит фундаментальные исследования в области молекулярной биологии и молекулярной микробиологии. Мы давно и плодотворно занимаемся изучением молекулярных механизмов адаптации патогенных бактерий (главным образом, возбудителя туберкулеза Mycobacterium tuberculosis) к персистированию в организме хозяина, а также молекулярных каскадов, позволяющих инфицированному макроорганизму осуществлять иммунную защиту от патогена. На моделях инфекции in vitro и in vivo исследуются различные состояния, такие как активный туберкулез и его хроническая форма, латентный туберкулез и покоящиеся формы микобактерий, их реактивация.

Лаборатория занимается исследованием регуляторных функций РНК как у про-, так и у эукариот.  Большое значение уделяется исследованию некодирующего транскриптома микобактерий как регулятора адаптации к стрессам. Изучается регуляторная роль малых РНК в патогенезе микобактерий.

Проводятся исследования механизмов регуляции генов РНК-связывающих белков у бактерий, включая микобактерии.

Лаборатория использует методы молекулярной биологии для изучения механизма действия новых соединений, обладающих противобактериальным и противовирусным действием.

Исследования ведутся методами молекулярной биологии, генной инженерии, микробиологии, молекулярной генетики. Профессиональные компетенции коллектива – все методы работы с нуклеиновыми кислотами, включая высокопроизводительное широкомасштабное секвенирование и создание мутантных бактериальных штаммов и эукариотических клеток с делетированными целевыми генами (knockout) и сниженным уровнем экспрессии (knockdown); протеомные исследования, как отдельных белков, так омиксные; конфокальная микроскопия; методы анализа и биоинформатической обработки полученных результатов с помощью статистических программ, в том числе, адаптированными сотрудниками лаборатории под конкретные задачи.

Лаборатория сотрудничает со многими лабораториями и группами ГНЦ ИБХ РАН, а также Химическим и Биологическим факультетами МГУ им. М.В. Ломоносова, ФИЦ Биотехнологии РАН, ЦНИИ Туберкулеза, Институтом химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН.

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. Молекулярные механизмы инфекционных процессов, вызываемых внутриклеточными патогенными бактериями, в т.ч. Mycobacterium tuberculosis – возбудителем туберкулеза человека

• Функциональные адаптивные изменения транскриптома и протеома представителей рода Mycobacterium (M. tuberculosis, M.abscessus, M.avium, M.smegmatis)  при развитии инфекции, изучение процессов адаптации микобактерий к стрессовым условиям. Всесторонний анализ покоящихся форм микобактерий. Изучение механизмов реактивации
• Транскриптомика и протеомика микобактерий в инфицированных тканях модельных организмов. Иммунный ответ макроорганизма на инфекцию.
• Исследование некодирующего транскриптома, как бактериального (малые некодирующие РНК), так и эукариотического (микроРНК, длинные некодирующие РНК) как средства адаптации организмов в патологических состояниях, связанных с бактериальными инфекциями.
• Создание новых терапевтических препаратов с использованием антисенс технологий (антисмысловые олигонуклеотиды, интерферирующие РНК)
• Исследование механизмов действия новых соединений с антибактериальной активностью омиксными методами и методами молекулярной биологии
• Поиск кандидатных факторов вирулентности для их последующего таргетирования

2. Роль РНК-связывающих белков в регуляции генной экспрессии у актинобактерий in vivo

Группа в составе снс. кхн И.В. Бони, нс кбн Л.И. Асеева и мнс Л.С. Колединской сфокусирована на исследовании роли РНК-связывающих белков (рибосомных белков, а также РНК-шаперонов, включая белки холодового шока) в регуляции генной экспрессии у бактерий с использованием биохимических, генетических, биоинформационных и структурных подходов.

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 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)
• Большое значение уделено исследованию некодирующего транскриптома микобактерий как регулятора адаптации к стрессам. На примере модельного организма M. smegmatis проведен системный анализ изменений транскриптома при холодовом стрессе, выявлены транскрипционные паттерны, соответствующие стадии холодовой акклимации, найдены новые некодирующие РНК, вовлеченные в процесс адаптации (Grigorov et al, 2023, IJMS). Охарактеризована малая некодирующая РНК F6, контролирующая переход микобактерий в состояние покоя (Grigorov et al, 2021, IJMS).
• Впервые проведено исследование профилей экспрессии генов M. tuberculosis, которые прошли через фагоцитоз макрофагами или нейтрофилами хозяина in vivo. Пребывание внутри нейтрофилов модулирует транскриптом микобактерий: снижается экспрессия генов общего метаболизма, некоторых факторов вирулентности и компонентов синтеза клеточной стенки, что может вести к более быстрому переходу части микобактерий в состояние метаболического покоя, и потенциально увеличивать срок выживания популяции в организме хозяина, что подтверждено экспериментами на мышиных моделях инфекции (Kondratieva et al, 2022, IJMS).
• Впервые показано, что малая некодирующая РНК MTS1338 – новый фактор вирулентности M.tuberculosis, обеспечивающий внутриклеточное выживание микобактерий. MTS1338 обеспечивает сопротивляемость микобактерий к окислительному стрессу, замедляет созревание фаголизосом при инфекции макрофагов и меняет иммунный ответ, активируя синтез провоспалительных цитокинов (Bychenko et al, 2021, Microorganisms). MTS1338 участвует в адаптации M. tuberculosis к стрессовым условиям, моделирующим инфекцию in vitro, путем активации экспрессии стресс-специфичных регуляторов транскрипции (Martini et al, 2023, IJMS).
• Разработана новая платформа молекулярной визуализации РНК в живых клетках, включающая флуорогенный краситель и активирующую флуоресценцию метку на основе аптамера семейства Манго (Bychenko et al, 2023, Nucl Acids Res). Ее ключевыми преимуществами являются возможность регулирования флуоресцентных свойств и применимость для визуализации небольших молекул РНК, требующих минимального размера метки. Первое преимущество обусловлено расширенной палитрой флуорогенных красителей, а второе – укороченным дуплексным каркасом. Пригодность разработанной платформы продемонстрирована на примере мечения малой некодирующей РНК M. tuberculosis. Разработанная платформа впервые позволила визуализировать малую РНК MTS1338 и показать, что эта малая РНК секретируется в цитоплазму инфицированных бактериями.
• Изучен механизм действия двух классов соединений, обладающих бактерицидной активностью в отношении покоящихся клеток M. tuberculosis. Показано, что гидроксопиридинтионы обеспечивают аккумуляцию в бактериальной клетке ионов меди, обладающих антимикробными свойствами (Salina et al, 2018, Metallomics). Производные класса тиенопиримидинов являются пролекарствами и метаболизируются в клетке микобактерий с образованием оксида азота NO и высокореакционных –SH групп, взаимодействующих с широким спектром ферментов патогена (Chiarelli LR., 2020,  ACS Infect Dis)

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, 2020).
• 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. 2021, Int J Mol Sci)

Научные проекты

Загрузка...

Ажикина Татьяна Леодоровна

Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 — На карте