Main results‎ > ‎RNA‎ > ‎3_RNAs‎ > ‎

Гвоздев В А

http://www.img.ras.ru/structure/cellmolgen/animalbiochem/

Обзорные статьи

   Гвоздев В.А. Мобильные гены и явление РНК-интерференции. Генетика, 2003, 39: 1-6.  
   Гвоздев В.А., Л.А.Усакин, Г.Л.Коган. Гетерохроматин и его функциональные характeристики. Медицинская генетика. 2003, 2: 290-296.
   Кленов МС. Гвоздев ВА Формирование гетерохроматина: роль коротких РНК и метилирования ДНК. Биохимия, 2005, 70:1445-1458.
   Гвоздев В.А. Мир малых некодирующих РНК и регуляция активности генов. Соросовский образовательный журнал. 2005, 9: 2-9.
   Р.Н. Котельников, С.Г.Шпиз, А.И. Калмыкова, В.А. Гвоздев Белки, связывающие РНК, в процессах РНК-интерференции. Молекулярная биология, 2006, 40:595-608.
   М. С. Кленов, А. Д. Столяренко, С. С. Рязанский, О. А. Соколова, И. Н. Константинов, В. А. Гвоздев. Роль коротких РНК в регуляции экспрессии генов и мобильных элементов в герминальных клетках. Онтогенез 2007, Т.38. №3. С.213-227.
   \bibitem{rna701} Лавров С. А., Кибанов М. В. Некодирующие РНК и структура хроматина. Обзор. Успехи биологической химии, 2007, 47, 53-88.
   Рязанский С.С., Гвоздев В.А. Короткие РНК и канцерогенез. Биохимия 2008, Том 73, выпуск 5, 640-455 (2008).

Наиболее значимые публикации 2003-2007 гг.

      Gvozdev V.A., Aravin A.A.,Abramov Yu.A., Klenov M.S., Kogan G.L., Lavrov S.A., Naumova N.M.,Olenkina O.M.,Tulin A.V.,Vagin V.V. Stellate repeats: targets of silencing and modules causing cis-inactivation and trans-activation. Genetica, 2003, 117:239-245.
      Aravin A.A., Klenov M.S.,Vagin V.V.,Bantignies F.,Cavalli G.,Gvozdev V.A. Dissection of a natural RNA silencing process in the
Drosophila melanogaster germline. Mol Cell Biol., 2004, 24, 6742-6750.
      Vagin V.V., Klenov M S., Kalmykova A.I,
 Stolyarenko A.D., Kotelnikov R  Gvozdev V.A. The RNA interference proteins andvasa locus are involved in the silencing of retrotransposons in the female germline of Drosophila melanogaster  RNA Biology, 2004, v.1, 54-58.
      Kalmykova AI, Klenov MS, Gvozdev VA. Argonaute protein PIWI controls mobilization of retrotransposons in the 
Drosophilamale germline.  Nucleic Acids Res 2005, 33: 2052-2059.
      Usakin LA, Kogan GL, Kalmykova AI, Gvozdev VA. An alien promoter capture as a primary step of the evolution of testes expressed repeats in 
Drosophila melanogaster genome. Mol.Biol. Evol., 2005, 22:1555-1560.
      Abramov YA, Kogan GL, Tolchkov EV, Rasheva VI, Lavrov SA, Bonaccorsi S, Kramerova IA, Gvozdev VA. Eu-heterochromatic rearrangements induce replication of heterochromatic sequences normally underreplicated in polytene chromosomes of Drosophila melanogaster. Genetics 2005, 171:1673-1681.
      Gvozdev VA,  Kogan GL, Usakin LA. Y chromosome as a target of acquired and amplified genetic material in the course of evolution.  BioEssays, 2005 , 27:1256-1262.
      Savitsky M., Kwon D., Georgiev P., Kalmykova A., Gvozdev V.  Telomere elongation is under the control of the RNA-based mechanism in the Drosophila germline. Genes and Development, 2006, 20:345-354.
      Usakin L., Abad J., Vagin V.V., de Pablos B, Villasante A., Gvozdev V.A. Transcription of the 1.688 satellite DNA family is under the control of RNAi machinery in 
Drosophila melanogaster ovaries. Genetics, 2007, 176:1343-1349. 
      Klenov MS, Lavrov SA, Stolyarenko AD,  Ryazansky SS, Aravin AA, Tuschl T, Gvozdev VA. Repeat-associated siRNAs cause chromatin silencing of retrotransposons in the 
Drosophila melanogaster germline. Nucl Acids Res.  2007, 35:5430-5438.


ЛАБОРАТОРИЯ БИОХИМИЧЕСКОЙ ГЕНЕТИКИ ЖИВОТНЫХ

Лаборатория является структурным подразделением Отдела вирусной и клеточной молекулярной генетики.

Заведующий – д.б.н., проф., академик РАН Владимир Алексеевич Гвоздев.

ЛБГЖ

Основные направления исследований:

В лаборатории продолжают развиваться следующие направления работы на модельном объекте – дрозофиле:

1. Исследуются механизмы подавления экспрессии генов с помощью так называемых коротких РНК длиной 23-27 нуклеотидов. Эти механизмы представляют собой варианты явления РНК-интерференции, или РНК-сайленсинга. В качестве мишеней сайленсинга рассматриваются повторяющиеся гены Stellate и мобильные элементы. 
2. Рассматриваются разные типы эффектов положения генов, связанных с перестройками хромосом и обратимым изменением экспрессии генов. В основе эффектов положения лежат эпигеномные изменения генной активности, обусловленные модификациями в структуре хроматина, не связанные с мутационными повреждениями последовательности ДНК.
3. Изучаются вопросы эволюции генома  на примере двух разных семейств генов: семейства генов Stellate и их супрессоров, вовлеченных в регуляцию экспрессии генов, регулируемых по механизму РНК-интерференции, и нового семейства генов,  обладающего практически идентичными промоторами с генами Stellate. 

      В лаборатории используются  классические методы молекулярной биологии и генетики, работа с культурой клеток дрозофилы и методы клеточной биологии, используемые для локализации в клетках и тканях специфических транскриптов и белков.

Короткие РНК и РНК-сайленсинг

      Ранее исследовалась генетическая система, в основе которой лежало репрессорное действие локуса Y-хромосомы на гены Stellate X-хромосомы, которые экспрессируются в семенниках и кодируют регуляторную субъединицу протеинкиназы. Избыточная экспрессия Stellate при потере из Y-хромосомы локуса Suppressor of Stellate приводит к стерильности самцов. Причины стерильности и функция тандемно организованных генов Stellate неизвестны. Транскрибирующиеся в семенниках тандемно организованные гены Stellate и их супрессоры, Su(Ste),  обладают высокой гомологией. Оказалось, что гены Su(Ste) продуцируют короткие антисмысловые РНК, подавляющие экспрессию Stellate (Aravin et al., 2001). Незадолго до этого в 1998 г было открыто  явление РНК-интерференции –способности коротких РНК подавлять in vitro трансляцию мРНК. Наша работа позволяла заключить, что механизм РНК-сайленстнга генов короткими РНК используется для регуляции активности повторяющихся генов in vivo (ecтественная РНК-интерференция), что потом разные авторы подтвердили на разных объектах. Было отмечено, что размеры короткой Su(Ste) РНК несколько превышают размеры канонической короткой РНК (si RNA, small interfering RNA) (Aravin et al., 2001, 2004). Одновременно с обнаружением короткой Su(Ste) РНК было показано, что одни и те же мутации дрозофилы контролируют экспрессию генов Stellate и мобильных элементов (Aravin et al. 2004; Vagin et al., 2004). Бурное развитие исследований в области РНК-сайленсинга в лабораториях разных стран позволило выявить консервативную систему белков, контролирующих образование и функционирование коротких РНК. Особый тип коротких РНК (piРНК), совпадающий по размеру с короткими Su(Ste) РНК,  оказался вовлеченным в регуляцию экспрессии мобильных элементов в тканях зародышевого пути.  Белки семейства Аргонавт, связывающие piРНК, обладали эндонуклеазной активностью в отношении РНК-мишени, комплементарной короткой РНК (Рис.1). Нарушение функции одного из  белков  этого семейства  приводило не только к увеличению образования мРНК мобильных элементов, но и к опасным транспозициям в ткани зародышевого пути, которые могут сопровождаться мутациями (Кalmykova et al/. 2005). Было обнаружено, что короткие РНК системы РНК-интерференции регулируют уровень экспрессии ретротранспозонов, которые у дрозофилы составляют теломерные концы хромосом. Оказалось, что гены системы РНК-интерференции регулируют удлинение оборванных концов хромосом, определяя тем самым стабильность генома (Savitsky et al., 2006). Механизм подавления экспрессии генов Stellate и мобильных элементов, также как и способ образования коротких РНК,  остается во многом неясным. Этот механизм в герминальных тканях, в отличие от соматических, может быть основан  на репрессорных модификациях гистонов хроматина (Klenov et al.,2007). Дальнейшие задачи состоят в обнаружении ответственных за РНК-сайленсинг новых генов  и в установлении механизмов этой репрессии.

Разные типы эффектов положения генов.

      Исследуются эу-гетерохроматиновые перестройки, в результате которых эухроматиновые гены  перемещаются к гетерохроматину, вызывая в перестроенной хромосоме инактивацию эухроматиновых генов, а в гетерохроматине – нарушения характера его тканеспецифичной репликации. Это цис-эффекты, прослеживаемые в одной перестроенной хромосоме и возникающие из-за нарушения естественной эу- гетерохроматиновой границы и влияния близлежащего соседства гетерохроматина на эухроматин и наоборот – эухроматина на гетерохроматин.  Эффекты воздействия эухроматина на гетерохроматин изучены далеко недостаточно, только на цитологическом уровне. Нам удалось на молекулярном уровне показать, что разрыв гетерохроматинового блока и непосредственное соседство с эухроматином приводит к восстановлению репликации гетерохроматиновых участков при репликации (политенизации) хромосом в слюнных железах дрозофилы, когда в норме гетерохроматиновые участки не реплицируются. Был показан распространяющийся со стороны возникшей новой эу-гетерохроматиновой границы эффект восстановления репликации, который затрагивал только близлежащие участки гетерохроматина и затухал по мере продвижения в глубь гетерохроматина (Abramov et al., 2005). Эффект репликации гетерохроматина исчезал при удалении из генома гетерохроматиновых районов, но восстанавливался а следующих поколениях при последующем добавлении гетерохроматиновых блоков. Этот результат указывал на роль связанных с гетерохроматином белков в тканеспецифичной репликации гетерохроматина. Особый интерес представляют дальнодействующие транс-эффекты эу- гетерохроматиновых перестроек на гены в гомологичной хромосоме. Таких случаев описано в литературе очень немного, и один из них обнаружен нами. Оказалось, что внутрихромосомная инверсия с разрывами в эу – и гетерохроматине вызывает не только классический цис-эффект инактивации эухроматиновых генов этой хромосомы, но и приводит к транс- инактивации в нормальной гомологичной хромосоме тех участков, которые конъюгируют с перестроенным участком эухроматина и оказываются пространственно вовлеченными в гетерохроматиновый компартмент (область) ядра, где могут быть собраны инактивированные участки хромосом (Рис 2) (Gvozdev et al., 2003). Исследуется структура хроматина транс-инактивированных участков и ее распространение по районам неперестроенной гомологичной хромосомы. Эта работа развивается в плане   более общей проблемы, касающейся влияния пространственной организации хромосом в интерфазном ядре и ее влияния на экспрессию генов.

Эволюция мультигенных семейств генов.

      Ранее в лаборатории была прослежена эволюция гена, кодирующего регуляторную субъединицу протеинкиназы СК2 и расположенного в аутосоме. Кодирующая область этого гена была гомологична таковой в многокопийных генах Stellate, обнаруживаемых только у вида D.melanogaster, но не у других близкородственных видов. У вида melanogaster и близкородственных видов было обнаружено семейство генов, обладающих семенник-специфичным промотором генов Stellate, но кодирующих образование в семенниках других белков, обладающих доменом, сходным с таковым в β-субъединице комплекса, связывающегося с насцентными белками на рибосоме (βNAС белки). Существование в одном геноме двух мультигенных семейств с практически идентичными промоторами показано, насколько нам известно, впервые (Usakin et al., 2005; Gvozdev et al., 2005). По-видимому, семейство βNAC белков возникло в эволюции раньше, а семейство Stellate позже при обособлении вида melanogaster. Удалось обнаружить химерный ген- предшественник Stellate, содержащий βNAC промотор одного из генов этого семейства и кодирующую часть гена протеинкиназы СК2.  Обнаружены различия в ходе эволюции семейства генов βNAC у вида melanogaster, обладающего семейством Stellate и других родственных видов, лишенных этого семейства с промоторами βNAC. Дальнейшие исследования связаны с выяснением функции генов семейства βNAC и характеристикой эволюции его представителей у разных видов дрозофил.


Comments