Лаборатория молекулярной биофизики | Институт молекулярной генетики РАН

Список сотрудников

Володин А.А., к. ф.-м. н.,  зав. лаб.
Бочарова Т.Н. – к.х.н., н.с.
Смирнова Е.А. – к.х.н., н.с.
Квитко Н.П. – инж.
Пригожин Д.В. – инж.

   
   

Основные направления исследований

  • изучение механизмов действия ферментов гомологичной рекомбинации из разных организмов;
  • изучение взаимодействия с ДНК низкомолекулярных лигандов разной химической природы и реакции обмена нитей ДНК в комплексах с такими лигандами.
 
Реакция обмена нитей лежит в основе одного из фундаментальных генетических процессов – гомологичной рекомбинации и является одним из самых сложных примеров молекулярной хореографии ДНК. Её изучение открывает новые, важные аспекты структурных возможностей и молекулярной динамики этой макромолекулы. Хотя реакция обмена нитей активно изучается в контексте действия белков систем гомологичной рекомбинации, в литературе имеются только единичные работы, посвящённые изучению этой реакции с участием других природных и синтетических лигандов. Между тем такие системы интересны не только как модельные объекты для изучения механизмов гомологичной рекомбинации в живой природе, но и представляют самостоятельный интерес как для более глубокого понимания молекулярной динамики нуклеиновых кислот, так и при разработке прикладных систем.
   
   

Основные достижения

  • Обнаружено, что природные поликатионы – линкерный гистон H1 и протамин - обладают способностью существенно ускорять реакцию обмена нитей между короткими олигонуклеотидами. Реакции обмена в присутствии этих белков проявляют высокую чувствительность к нарушению гомологии между субстратами. Охарактеризовано агрегационное поведение комплексов этих белков с олигонуклеотидами.
  • Охарактеризовано взаимодействие с короткими олигонуклеотидами белка Hop2 человека, который работает на ранних стадиях мейоза и обеспечивает конъюгацию и выравнивание гомологичных хромосом.  Изучена реакция обмена нитей ДНК с участием этого белка. Показано, что такая реакция проявляет существенно более высокую чувствительность к нарушениям гомологии между её субстратами (единичным заменам оснований), чем аналогичные реакции с участием рекомбиназ семейства RecA, охарактеризованные нами ранее. Это даёт возможность предполагать, что белок Hop2 относится к новому, ранее неизвестному классу белков гомологичной рекомбинации.
  • Изучено влияние ряда  низкомолекулярных лигандов разных классов  на реакцию обмена нитей между олигонуклеотидами.  Выявлен ряд агентов ускоряющих эту реакцию, таких как  мульти-  и поликатионы, катионные амфифилы, ДНК интеркаляторы.
  • Охарактеризовано взаимодействие с олигонуклеотидами фотозависимого катионного сурфактанта бромида азобензолтриметиламмония. Показано, что этот агент вызывает фотообратимую конденсацию олигонуклеотидов. Образование конденсата подавляет отжиг комплементарных олигонуклеотидов и, в некотором диапазоне концентраций сурфактанта, ускоряет реакцию обмена нитей ДНК. Такое поведение открывает возможность разработки систем фотоуправляемой гибридизации олигонуклеотидов  и реакции обмена нитей ДНК. 
    
    

Основные публикации

  1. Volodin A.A., Voloshin O.N., Camerini-Otero R.D. Homologous recombination and RecA protein: towards a new generation of tools for genome manipulations. Trends Biotechnol., 2005, 23, 97-102.
  2. Volodin A.A., Bocharova, T.N., Smirnova, E.A., Camerini-Otero, R.D. Reversibility, equilibration, and fidelity of strand exchange reaction between short oligonucleotides promoted by RecA protein from Escherichia coli and human Rad51 and Dmc1 proteins. J Biol Chem., 2009; 284, 495-1504.
  3. А.А. Володин, Т.Н. Бочарова, Е.А. Смирнова. Реакция обмена нитей ДНК между короткими олигонуклеотидами с участием белков системы гомологичной рекомбинации человека. Цитология, 2010;  52, 651-652.
  4. Т. Н. Бочарова, Н. П. Квитко, Е. А. Смирнова, А. А. Володин, Бимодальный характер изотермы растворимости комплексов гистона H1 с короткими олигонуклеотидами. Молекулярная биология, 2011; 45, 382-385.
  5. Gabrielian, A.,  Bocharova, T.N, Smirnova, E.A, Volodin, A.A., Harutjunyan, G. Strand exchange reaction between short oligonucleotides promoted by a derivative of 1,3 diazaadamantane. J.Biomol.Struct.Dyn., 2011; 28, 1124-125. 
  6. Bocharova, T.N, Smirnova, E.A, Volodin, A.A., Linker histone H1 stimulates DNA strand exchange between short oligonucleotides retaining high sensitivity to heterology. Biopolymers. 2012; 97, 229-239.