Лаборатория молекулярной генетики микроорганизмов | Институт молекулярной генетики РАН

  
  

Список сотрудников

Агапов А.А., асп.
Есюнина Д.М., н.с., к.б.н.
Игнатов А.В., асп.
Кульбачинский А.В., зав. лаб., д.б.н.
Кураков А.В., асп.
Логутенкова Т.С., вед. инж.
Миропольская Н.А., с.н.с., к.б.н.
Миндлин С.З., в.н.с., д.б.н.
Никифоров В.Г., в.н.с., д.б.н.
Петрова М.А., зав. Сектором анализа и хранения микроорганизмов, д.б.н.
Петушков И.В., асп.
Пупов Д.В., с.н.с., к.б.н.
Хачикян Н.А., вед. инж.

 
Нажмите на картинку для увеличения
 
Сотрудники ЛМГМ (слева направо):
Д.В. Пупов, Н.А. Миропольская, А.А. Агапов, А.В. Кульбачинский, А.В. Кураков, И.В. Петушков (2 ряд);
Т.С. Логутенкова, Н.А. Хачикян, Д.М. Есюнина, М.А. Петрова, С.З. Миндлин (1 ряд)  
  
  

Основные направления исследований

- Сравнительные исследования структуры и каталитических свойств РНК-полимераз различных бактерий, в том числе, экстремофилов
- Изучение механизмов инициации синтеза РНК с участием главной и альтернативных сигма-субъединиц РНК-полимеразы
- Исследование влияния повреждений в ДНК на процессы транскрипции и репликации
- Изучение взаимосвязи процессов транскрипции, репарации и репликации ДНК
- Получение аптамеров к РНК-полимеразе и факторам транскрипции. Разработка новых методов отбора аптамеров

Лаборатория основана в 1959 г. выдающимся ученым, одним из основоположников молекулярной генетики Р.Б. Хесиным, которым были заложены основные направления исследований лаборатории: изучение механизмов транскрипции, структуры и функций РНК-полимеразы, а также механизмов горизонтального переноса генов. С 1985 по 2004 гг. лабораторию возглавлял В.Г. Никифоров, под руководством которого был сделан ряд крупных открытий, касающихся механизмов синтеза РНК и горизонтального переноса генов резистентности к ртути у бактерий. С 2005 г. лабораторию возглавляет А.В. Кульбачинский. В 2009 г. в составе лаборатории образован Сектор анализа и хранения микроорганизмов под руководством М.А. Петровой.

О Лаборатории молекулярной генетики микроорганизмов Вы можете прочитать на сайте biomolecula.ru

  
  

Основные достижения

- Исследованы транскрипционные свойства РНК-полимераз разных групп бактерий, в том числе, экстремофилов группы Thermus/Deinococcus. Показано, что РНК-полимеразы термофильных и мезофильных бактерий различаются по свойствам промоторных комплексов, чувствительности к антибиотикам, каталитической активности и особенностям регуляции транскрипции.
- Исследована роль s-субъединицы РНК-полимеразы на разных стадиях инициации транскрипции. Открыт новый промоторный элемент (GGGA-элемент), узнаваемый s-субъединицей, и изучена его роль в инициации транскрипции у разных бактерий. Показано, что s-субъединица непосредственно участвует в инициации синтеза РНК, способствуя связыванию инициаторных нуклеотидов, и в уходе РНК-полимеразы с промотора, за счет прямого взаимодействия с синтезируемой РНК. Изучены структурные особенности инициаторных комплексов РНК-полимеразы (совместно с лабораторией К. Мураками).
- Выявлены структурные элементы РНК-полимеразы, принимающие участие в катализе различных реакций (синтез и расщепление РНК) в активном центре и определяющие адаптивные различия в свойствах РНК-полимераз разных бактерий. Изучаются механизмы, обеспечивающие точность синтеза РНК: селекция нуклеотидов и эндонуклеолитическое расщепление РНК в активном центре РНК-полимеразы.
- Проводятся исследования регуляции образования транскрипционных пауз и терминации транскрипции различными факторами. Изучены структурные перестройки транскрипционных комплексов, происходящие при образовании пауз с участием s-субъединицы – фактора инициации транскрипции. Изучены механизмы подавления пауз и терминации транскрипции при участии новых белков бактериофагов (совместно с лабораториями К. Северинова и С. Йокоямы).
- Получены оцДНК-аптамеры к РНК-полимеразам различных бактерий, которые используются для изучения структуры РНК-полимеразы, взаимодействий фермента с ДНК и регуляторными факторами и разработки новых ингибиторов транскрипции. На основе аптамеров созданы ловушки, подавляющие взаимодействия РНК-полимеразы с промоторами.
- Проводится исследование действия различных типов повреждений в ДНК на транскрипцию. Разработан подход, позволяющий изучать влияние точечных повреждений на эффективность и точность транскрипции. Выявлены повреждения, оказывающие наиболее сильное влияние на синтез РНК и мутации в РНК-полимеразе, изменяющие эффективность прохождения повреждений. 

 
    

Основные публикации

  1. Есюнина Д.М., Кульбачинский А.В. Выделение и характеристика рекомбинантной РНК-полимеразы Deinococcus radiodurans. Биохимия 80: 1542-1550.
  2. Агапов А.А., Кульбачинский А.В. 2015. Механизмы стрессоустойчивости и регуляция экспрессии генов у радиорезистентной бактерии Deinococcus radiodurans. Биохимия 80: 1461-1479.
  3. Petushkov I., Pupov D., Bass I., Kulbachinskiy A. 2015. Mutations in the CRE pocket of bacterial RNA polymerase affect multiple steps of transcription. Nucleic Acids Res. 43:5798-5809.
  4. Pupov D., Kulbachinskiy A. 2015. Single-stranded DNA aptamers for functional probing of bacterial RNA polymerase. Methods Mol. Biol. 1276:165-183.
  5. Esyunina D., Klimuk E., Severinov K., Kulbachinskiy A. 2015. Distinct pathways of RNA polymerase regulation by a phage-encoded factor. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 112: 2017-2022.
  6. Makarova A.V., Ignatov A., Miropolskaya N., Kulbachinskiy A. 2014. Roles of the active site residues and metal cofactors in noncanonical base-pairing during catalysis by human DNA polymerase iota. DNA Repair (Amst). 22: 67-76.
  7. Basu R.S., Warner B.A., Molodtsov V., Pupov D., Esyunina D., Fernández-Tornero C., Kulbachinskiy A., Murakami K.S. 2014. Structural basis of transcription initiation by bacterial RNA polymerase holoenzyme. J. Biol. Chem. 89: 24549-24559.
  8. Tagami S., Sekine S., Minakhin L., Esyunina D., Akasaka R., Shirouzu M., Kulbachinskiy A., Severinov K., Yokoyama S. 2014. Structural basis for promoter specificity switching of RNA polymerase by a phage factor. Genes Dev. 28: 521-531.
  9. Pupov D., Kuzin I., Bass I., Kulbachinskiy A. 2014. Distinct functions of the RNA polymerase s subunit region 3.2 in RNA priming and promoter escape. Nucl. Acids Res., 42: 4494-4504.
  10. Miropolskaya N., Esyunina D., Klimašauskas S., Nikiforov V., Artsimovitch I., Kulbachinskiy A. 2014. Interplay between the trigger loop and the F loop during RNA polymerase catalysis. Nucl. Acids Res. 42: 544-552.
  11. Pupov D., Esyunina D., Feklistov A., Kulbachinskiy A. 2013. Single-strand promoter traps for bacterial RNA polymerase. Biochemical Journal. 452(2):241-248.
  12. Miropolskaya N., Ignatov A., Bass I., Zhilina E., Pupov D., Kulbachinskiy A. 2012. Distinct functions of regions 1.1 and 1.2 of RNA polymerase s subunits from Escherichia coli and Thermus aquaticus in transcription initiation. J. Biol. Chem. 287(28): 23779-23789.
  13. Макарова А.В., Кульбачинский А.В. 2012. Структура ДНК-полимеразы йота человека и механизм синтеза ДНК. Биохимия, т.77: 669-685.
  14. Berdygulova Zh., Esyunina D., Miropolskaya N., Mukhamedyarov D., Kuznedelov K., Nickels B.E., Severinov K., Kulbachinskiy A., Minakhin L. 2012. A novel phage-encoded transcription antiterminator acts by suppressing pausing by bacterial RNA polymerase. Nucleic Acids Res. 40(9): 4052-4063.
  15. Zhilina E., Esyunina D., Brodolin K., Kulbachinskiy A. 2012. Structural transitions in the transcription elongation complexes of bacterial RNA polymerase during s-dependent pausing. Nucl. Acids Res. 40: 3078-3091.
  16. Жилина Е.В., Миропольская Н.А., Басс И.А., Бродолин К.Л., Кульбачинский А.В. 2011. Особенности формирования s-зависимых пауз транскрипции РНК-полимеразами Escherichia coli и Thermus aquaticus. Биохимия т. 76: 1348-1358.
  17. Miropolskaya N., Nikiforov V., Klimasauskas S., Artsimovitch I.,  Kulbachinskiy A. 2010. Modulation of RNA polymerase activity through trigger loop folding. Transcription 1: 89 – 94.
  18. Pupov D., Miropolskaya N., Sevostyanova A., Bass I., Artsimovitch I., Kulbachinskiy A. 2010. Multiple roles of the RNA polymerase b¢ SW2 region in transcription initiation, promoter escape, and RNA elongation. Nucl. Acids Res. 38: 5784-5796.
  19. Пупов Д.В., Кульбачинский А.В. 2010. Структурная динамика активного центра многосубъединичных РНК-полимераз в процессе синтеза и редактирования РНК. Молекулярная биология, т. 44: 573–590.
  20. Miropolskaya N., Artsimovitch I., Klimasauskas S., Nikiforov V., Kulbachinskiy A. 2009. Allosteric control of catalysis by the F-loop of RNA polymerase. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 106: 18942-18947.
  21. Barinova N., Kuznedelov K., Severinov K., Kulbachinskiy A. 2008. Structural modules of RNA polymerase required for transcription from promoters containing downstream basal promoter element GGGA. J. Biol. Chem. 283: 22482-22489.
  22. Пупов Д.В., Баринова Н.А., Кульбачинский А.В. 2008. Анализ РНК-расщепляющей активности РНК-полимераз E. coli и D. radiodurans. Биохимия. т. 73: 903 – 908.
  23. Barinova N., Zhilina E., Bass I., Nikiforov V., Kulbachinskiy A. 2008. Lineage-specific amino acid substitutions in region 2 of the RNA polymerase s subunit affect the temperature of promoter opening. J. Bacteriol. 190: 3088-3092.
  24. Kulbachinskiy A.V. Methods for selection of aptamers to protein targets. 2007. Biochemistry (Moscow) 72: 1505-1518.
  25. Sevostyanova A, Feklistov A, Barinova N, Heyduk E, Bass I, Klimasauskas S, Heyduk T, Kulbachinskiy A. 2007. Specific recognition of the -10 promoter element by the free RNA polymerase sigma subunit. J. Biol. Chem. 282: 22033-22039.
  26. Zenkin N., Kulbachinskiy A., Yuzenkova Y., Mustaev A., Bass I., Severinov K., Brodolin K. 2007. Region 1.2 of the RNA polymerase sigma subunit controls recognition of the -10 promoter element. EMBO J. 26: 955-964.
  27. Feklistov A., Barinova N., Sevostyanova A., Heyduk E., Bass I., Vvedenskaya I., Kuznedelov K., Merkienė E., Stavrovskaya E., Klimašauskas S., Nikiforov V., Heyduk T., Severinov K., Kulbachinskiy A. 2006. A basal promoter element recognized by free RNA polymerase sigma subunit determines promoter recognition by RNA polymerase holoenzyme. Mol. Cell. 23: 97-107.
  28. Kulbachinskiy A., Mustaev A. 2006. Region 3.2 of the sigma subunit contributes to the binding of the 3'-initiating nucleotide in the RNA polymerase active center and facilitates promoter clearance during initiation. J. Biol. Chem. 281: 18273-18276.
  29. Кульбачинский А.В., Никифоров В.Г., Бродолин К.Л. 2005. Различия контактов РНК-полимераз Е. соli и T. aquaticus с lacUV5-промотором определяются кор-ферментом РНК-полимеразы. Биохимия, т. 70, с. 1493 – 1497.
  30. Zenkin N., Kulbachinskiy A., Bass I., Nikiforov V. 2005. Different rifampin sensitivities of Escherichia coli and Mycobacterium tuberculosis RNA polymerases are not explained by the difference in the beta-subunit rifampin regions I and II. Antimicrob. Agents Chemother. 49: 1587-1590.
  31. Kulbachinskiy A., Feklistov A., Krasheninnikov I., Goldfarb A., Nikiforov V. 2004. Aptamers to E. coli core RNA polymerase that sense its interaction with rifampicin, s subunit and GreB. Eur. J. Biochem., 271: 4921-4931.
  32. Kulbachinskiy A., Bass I., Bogdanova E., Goldfarb A., Nikiforov V. 2004. Cold sensitivity of thermophilic and mesophilic RNA polymerases. J. Bacteriol., 186: 7818-7820.
  33. Кульбачинский А.В., Ершова Г.В., Коржева Н.В., Бродолин К.Л., Никифоров В.Г. 2002. Мутации в бета’-субъединице РНК-полимеразы Esherichia coli, влияющие на взаимодействие с передним дуплексом ДНК в элонгационном комплексе. Генетика 38:  1207-1211.
  34. Kulbachinskiy A., Mustaev A., Goldfarb A., Nikiforov V. 1999. Interaction with free beta' subunit unmasks DNA-binding domain of RNA polymerase sigma subunit. FEBS Lett., 454: 71-74.
  35. Kashlev M, Lee J, Zalenskaya K, Nikiforov V, Goldfarb A. 1990. Blocking of the initiation-to-elongation transition by a transdominant RNA polymerase mutation. Science. 248:1006-1009.
  36. Ovchinnikov Y.A., Monastyrskaya G.S., Guriev S.O., Kalinina N.F., Sverdlov E.D., Gragerov A.I., Bass I.A., Kiver I.F., Moiseyeva E.P., Igumnov V.N., Mindlin S.Z., Nikiforov V.G., Khesin RB. 1983. RNA polymerase rifampicin resistance mutations in Escherichia coli: sequence changes and dominance. Mol. Gen. Genet. 190: 344-348.
  37. Ovchinnikov YuA, Monastyrskaya GS, Gubanov VV, Lipkin VM, Sverdlov ED, Kiver IF, Bass IA, Mindlin SZ, Danilevskaya ON, Khesin RB. Primary structure of Escherichia coli RNA polymerase nucleotide substitution in the beta subunit gene of the rifampicin resistant rpoB255 mutant. Mol Gen Genet. 1981;184(3):536-8.
  38. Gragerov AI, Kocherginskaya SA, Larionov OA, Kalyaeva ES, Nikiforov VG. Cold-sensitive mutations in beta and beta' subunit gene affecting the interaction of RNA polymerase with promoters. Mol Gen Genet. 1980;180(2):399-403.
  39. Dmitriev AD, Danilevskaya ON, Khesin RB. The influence of mutations upon the synthesis of RNA polymerase subunits in Escherichia coli cells. Mol Gen Genet. 1976 Jun 15;145(3):317-26.
  40. Nikiforov VG. Substrate dependent heterogeneity of initiation by RNA polymerase from thermophilic B. megaterium. FEBS Lett. 1970 Sep 6;9(3):186-188.
  41. Khesin RB, Shemyakin MF, Gorlenko AM, Mindlin SZ, Ilyina TS. Studies on the RNA polymerase in Escherichia coli K12 using the mutation affecting its activity. J Mol Biol. 1969 Jun 28;42(3):401-11.
  42. Khesin RB, Gorlenko ZM, Shemyakin MF, Stvolinsky SL, Mindlin SZ, Ilyina TS. Studies on the functions of the RNA polymerase components by means of mutations. Mol Gen Genet. 1969;105(3):243-61.
  43. Khesin RB, Mindlin SZ, Gorlenko ZM, Ilyina TS. Temperature sensitive mutations affecting RNA synthesis in Escherichia coli. Mol Gen Genet. 1968;103(2):194-208.