Отдел молекулярных основ генетики человека

Зав. Отделом: Светлана Андреевна Лимборская, доктор. биол. наук, профессор, лауреат Государственной премии РФ
Отдел образован на базе лаборатории молекулярной генетики человека в 1988 г.
 

Лаборатории в составе Отдела:

Лаборатория молекулярной генетики человека (зав.: д.б.н., проф. С.А. Лимборская)
Лаборатория функциональной геномики (зав.: к.б.н. Л.В. Дергунова)

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ОТДЕЛА:

• Структурно-функциональный анализ геномов, их нестабильности, эволюции и патологических изменений.
• Этническая геномика народов России и сопредельных стран.
• Анализ структурно-функциональной организации генов человека.
• Анализ транскриптома клеток различных тканей в норме, при ишемии и фармакологических воздействиях.

НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И РЕЗУЛЬТАТЫ

• Проведена молекулярно-генетическая характеристика популяций Восточной Европы с помощью разнообразных маркеров ДНК. Обнаружена достоверная корреляция частот аллельных и гаплотипических вариантов ряда генов с климато- географическими параметрами в изучаемом регионе (Северная Евразия), что указывает на их роль в процессах адаптации (Limborska et al., 2002, 2009; Khrunin et al., 2005, 2007, 2010; Flegontova et al., 2009; Fillipova et al., 2012) Выявлена новая генетическая ветвь в генофонде Европы, характерная для крайнего северо-востока. Показано что русские популяции центра Восточно-европейской равнины (Курск, Муром, Тверь) являются генетически сходными между собой и с популяциями Восточной и Центральной Европы. В тоже время, выявлено значительное отличие русских европейского Севера от «центральных» русских (Khrunin et al., 2013). С использованием технологии секвенирования нового поколения осуществлена реконструкция генетической истории взаимоотношений населения Восточной Европы и Сибири. Обнаружена новая эволюционная линия, внесшая существенный вклад в генофонд уральского региона и основанная на древних предковых популяциях современных северо-уральских народов (Wang et al., 2017).
• С использованием ДНК-микрочипов проведено исследование взаимосвязей между полиморфизмом генов, имеющих отношение к важным участкам метаболизма цисплатина, и эффективностью и токсичностью химиотерапии на его основе у больных раком яичников из русской и якутской этнических групп. Все обнаруженные ассоциации между полиморфизмами и теми или иными клиническими признаками были специфичны для каждой из групп. Это позволяет предполагать наличие этноспецифических особенностей в молекулярных механизмах реакций, определяющих чувствительность пациентов к действию препаратов платины (Хрунин с соавт. 2013; Khrunin et al., 2012, 2014, 2018).
• Из библиотеки кДНК мозга человека получен новый ген MOB (TMEM23, SMS1), активно функционирующий в клетках головного мозга и кодирующий фермент сфингомиелинсинтазу I. Определена его локализация на хромосомах, изучены особенности экспрессии в различных тканях (Vladychenskaya et al., 2002, 2004; Dergunova et al., 2003; Raevskaya et al., 2005). На протяжении нескольких лет проводятся исследования структурно-функциональной организации гена сфингомиелинсинтазы 1 (SGMS1) человека и особенностей его экспрессии. Была уточнена структура гена SGMS1 человек и охарактеризованы его транскрипты, потенциально способные направлять синтез белка (Rozhkova et al, 2011). Установлено, что транскрипционное разнообразие гена SGMS1 обеспечивается наличием альтернативных промоторов, альтернативного сплайсинга и альтернативного интронного полиаденилирования (Dergunova et al, 2013; Рожкова и соавт., 2015). Сравнение суммарного уровня кодирующих транскриптов, изученного с помощью ПЦР в реальном времени, с количеством полноразмерного белка SMS1, который оценивали методом иммунодетекции, выявило отсутствие корреляции между уровнем кодирующих транскриптов и количеством белка в разных тканях человека. Полученные результаты свидетельствовали о наличии сложной тканеспецифической регуляции гена SGMS1 на посттранскрипционном уровне (Sudarkina et al, 2015).
• C использованием комплекса современных методов анализа транскриптома, включая высокопроизводительное секвенирование РНК «RNA-CaptureSeq», Нозерн-блот анализ, ПЦР в реальном времени и другие, была детально исследована структура некодирующих РНК гена SGMS1. Выявлено множество новых транскриптов, которые включают участки интронов гена SGMS1. Они представляют собой как несплайсированные интронные транскрипты, так и РНК, подвергающиеся альтернативному сплайсингу. Были выявлены новые варианты альтернативного сплайсинга экзонов, в том числе обнаружено 7 рекурсивных экзонов в 5’-НТО гена SGMS1, которые могут принимать участие в поэтапном сплайсинге длинных интронов данной области гена (Filippenkov et al, 2018). В числе продуктов гена SGMS1 были обнаружены 13 РНК, которые относятся к малоизученному классу некодирующих транскриптов циклической природы. Они преимущественно содержат последовательности, комплементарные мультиэкзонной 5’-НТО гена. Некоторые из них включают участки экзонов кодирующей области гена и рекурсивные экзоны (Filippenkov et al. 2015). В их образовании могут участвовать регуляторные последовательности, локализованные в интронах – внутренние промоторы и инвертированные повторы (Filippenkov et al. 2015, 2017). Анализ содержания циклических РНК в разных тканях человека показал, что они высоко представлены в отделах мозга. ОТ-ПЦР анализ РНК лобной коры человека указывает на их преимущественную цитоплазматическую локализацию. Также были обнаружены и исследованы циклические РНК ортологичных генов сфингомиелинсинтазы 1 крысы и мыши, имеющие высокое сходство с транскриптами гена SGMS1 человека. Количественный анализ представленности таких транскриптов также указывает на их повышенное содержание в мозге. Также была показано, что в процессе эмбрионального развития мозга крыс уровень циклических РНК гена Sgms1 возрастает значительно быстрее, чем увеличивается содержание его мРНК (Filippenkov et al., 2018). Компьютерный анализ последовательностей циклических РНК гена SGMS1 человека позволил выявить большое количество сайтов связывания микроРНК (Filippenkov et al. 2015). Такой результат хорошо согласуется с гипотезой о том, что циклические РНК могут в качестве «молекулярных губок» сорбировать микроРНК в цитоплазме, удаляя их тем самым из клеточного пула.
• Изучено воздействие синтетических пептидов семакс и Pro-Gly-Pro на транскриптом головного мозга крыс в условиях экспериментальной фокальной ишемии. Показано, что семакс и Pro-Gly-Pro воздействуют на экспрессию большого числа генов, ассоциированных с целым рядом биологических процессов, способствующих функционированию различных систем организма. Обнаружен иммуномодулирующий эффект семакса, а также его воздействие на сосудистую систему в условиях ишемии, которые, возможно, являются ключевыми звеньями нейропротекторного эффекта препарата при лечении инсульта (Dmitrieva et al., 2008; Dmitrieva et al., 2010; Stavchansky et al., 2011; Ставчанский и др., 2011; Medvedeva et al., 2013; Medvedeva et al., 2014; Medvedeva et al., 2017). В настоящее время продолжается изучение роли некодирующих РНК при ишемии, стресс-вызванных нарушениях памяти и поведения, а также при действии пептидных препаратов.