Заведующий лабораторией — Сергей Георгиевич Инге-Вечтомов, д.б.н., акад. РАН, профессор

тел. (812)428-65-70


Основным объектом исследования лаборатории являются дрожжи Saccharomyces cerevisiae (Рис. 1) – уникальная модель, позволяющая изучать актуальные проблемы современной генетики, молекулярной биологии и биомедицины.

Рис.1. Почкующаяся клетка дрожжей-сахаромицетов (изображение получено с помощью рентгеновской томографии).

Генетический контроль терминации трансляции

Одно из научных направлений лаборатории - изучение генетического контроля терминации трансляции, завершающего этапа биосинтеза белка. Отправной точкой для этих исследований послужила идентификация двух генов дрожжей, рецессивные мутации в которых приводят к считыванию стоп-кодонов как значащих. Многолетние генетические и биохимические исследования, проводившиеся в нашей лаборатории и в нескольких российских и зарубежных лабораториях, позволили установить, что продукты этих генов, обозначенных как SUP45 и SUP35, выполняют функции факторов терминации трансляции eRF3 (Sup35) и eRF1 (Sup45), соответственно.

В настоящее время продолжается структурно-функциональное изучение этих белков на модели нонсенс-супрессии (Рис. 2). Получены важные данные относительно влияния различных изменений в их структуре на эффективность терминации трансляции и жизнеспособность дрожжей. Выявляются новые белки, взаимодействующие прямо или опосредованно с факторами терминации трансляции.

Рис. 2. Терминация трансляции у дрожжей. А. Узнавание  стоп-кодона комплексом факторов терминации eRF1-eRF3. Б. Освобождение синтезированного белка, диссоциация рибосомы и факторов терминации трансляции.

Рис.3. Последствия прионного превращения фактора терминации трансляции eRF3(Sup35). 
А. Олигомеризация белка Sup35 приводит к нарушению терминации; в результате стоп-кодон считывается как значащий. Б. В клетках [PSI+] прионная форма белка Sup35 образует характерные агрегаты, которые можно визуализировать предварительно пометив белок флуоресцентной меткой.

Изучаются плейотропные эффекты мутаций в генах SUP35 и SUP45, в частности, их влияние на стабильность хромосом, эффективность кариогамии, уровень экспрессии генов, кодирующих другие компоненты аппарата трансляции, характер роста. Большое внимание уделяется проблемам, связанным с эволюцией эукариотических факторов терминации. Исследования генетического контроля трансляции позволили сформулировать принцип поливариантности, отражающий универсальное свойство всех матричных процессов, и развить гипотезу, согласно которой неоднозначность трансляции представляет собой адаптивное свойство, сыгравшее существенную роль в эволюции.

Прионы дрожжей

С середины 90-х гг. начались активные исследования белковой (прионной) наследственности у дрожжей. Начало этих исследований в значительной степени связано с изучением цитоплазматического детерминанта дрожжей – фактора [PSI+ ], снижающего эффективность терминации трансляции. Природу этого фактора долгое время не удавалось установить. Прорыв произошел, когда было показано (благодаря, в том числе, и нашим исследованиям), что фактор [PSI+ ] представляет собой специфическим образом олигомеризованную форму фактора терминации трансляции eRF3, продукта гена SUP35 (Рис. 3). Олигомеризация части молекул белка Sup35 приводит к снижению эффективности терминации, что при использовании штаммов, несущих специфические мутации, легко зарегистрировать на фенотипическом уровне, как доминантную нонсенс-супрессию. В настоящее время у дрожжей найдено более десяти прионных наследственных детерминантов, непосредственное участие в обнаружении и характеристике четырех из них приняла наша лаборатория. Важнейшей особенностью прионной формы белка является способность к автокаталитическому поддержанию, обеспечивающая ее наследование в ряду клеточных поколений.

В нашей лаборатории был описан уникальный прион дрожжей [ISP+ ]. Он в значительной степени отличается от других известных детерминантов по ряду характеристик. Например, это единственный известный прион, который локализован в ядре клетки. Кроме этого, белок Sfp1p, который образует агрегаты в клетках [ISP+ ], меняет свою функцию при переходе в прионную изоформу. Для всех других аналогичных факторов прионизация белка приводит к его инактивации. Возможно, данный детерминант является одним из примеров неизученных пока регуляторных механизмов, в основе которых лежат пространственные матрицы.
Огромный интерес к прионам дрожжей связан не только с тем, что явление белковой наследственности имеет важное теоретическое значение, но и с тем, что аналогичные превращения одного из клеточных белков млекопитающих лежат в основе таких неизлечимых нейродегенеративных заболеваний как болезнь Крейцфельдта-Якоба и куру у человека, скрепи у овец, а также губчатые энцефалопатии коров, коз, мышей и других животных. Это делает дрожжевые прионы уникальной моделью для изучения молекулярных механизмов прионогенеза и для поиска антиприонных агентов. С этой целью наша лаборатория, помимо поиска новых прионов дрожжей и характеристики найденных ранее прионов, разрабатывает системы, позволяющие моделировать нейродегенеративные заболевания и другие амилоидозы млекопитающих в клетках дрожжей, искать агенты, подавляющие возникновение и трансмиссию прионов. В связи с этим ряд наших исследований направлен на изучение фундаментальных механизмов стабилизации структуры амилоидов и прионов, а также на поиск взаимосвязей между структурой прионных агрегатов и свойствами соотвествующих детерминантов.

Лаборатория также поддерживает генетическую коллекцию дрожжей S. cerevisiae, насчитывающую сотни штаммов.

В коллекцию входят:
1.    Петергофские генетические линии (ПГЛ происходят от XII рассы, маркированы мутациями ауксотрофности, нонсенс-супрессорными мутациями в генах, кодирующих факторы терминации трансляции, тРНК и др.)
2.    Штаммы, произошедшие от скрещивавния ПГЛ с Берклийскими коллекциями
3.    Трансформанты, несущие чужеродные гены других организмов
4.    Мутанты по системам репарации ДНК
5.    Антибиотико-устойчиыве мутанты
6.    Митохондриальные мутанты
7.    Штаммы с прионами или амилоидными агрегатами белков человека

Межлабораторное сотрудничество

•    Лаборатория биологии амилоидов СПбГУ
•    Лаборатория биохимической генетики СПбГУ
•    Кафедра биофизики физического факультета СПбГУ
•    Санкт-Петербургский филиал ИОГен РАН
•    Институт биохимии им. А.Н.Баха РАН, Москва
•    Georgia Institute of Technology, Atlanta, USA
•    University of Montpellier, France
•    University of Nebraska Medical Center, Omaha, USA

Основные публикации

Журавлева Г.А. Рождение и смерть генов. Генетика. 2015. Т. 51. С. 9 - 21.
Бондарев С. А., Широколобова Е. Д., Трубицина Н. П., Журавлева Г. А. Изменение свойств приона [PSI+] при комбинировании аминокислотных замен в N домене белка Sup35. Молекулярная биология. 2014. Т. 48. № 2. С. 314-321.
Инге-Вечтомов С.Г. Матричный принцип как парадигма современной генетики. Генетика. 2013. Т. 49. № 1. С. 9-16.
Zhouravleva, G.A. , Bondarev, S.A. Evolution of the translation termination factors. Paleontological Journal. 2013. V. 47. N. 9.P. 1065-1069.
Bondarev, S.A., Shchepachev, V.V., Kajava, A.V., Zhouravleva, G.A. Effect of charged residues in the N-domain of Sup35 protein on prion [PSI+] stability and propagation. Journal of Biological Chemistry. 2013. V. 288. N. 40. P. 28503-28513.
Журавлева Г. А., Грызина В.А. Влияние генов UPF на проявление мутаций в гене SUP45. Молекулярная биология. 2012. Т.46. С. 285-297.
Матвеенко А. Г., Землянко О. М., Журавлева Г. А. Идентификация генов Saccharomyces cerevisiae, влияющих на синтетическую летальность приона [PSI+] с мутациями в гене Sup45. Молекулярная биология. 2013. Т. 47. № 4. С. 609-617.
Nizhnikov A.A., Magomedova Z.M., Rubel A.A., Kondrashkina A.M., Inge-Vechtomov S.G., Galkin A.P. [NSI+] determinant has a pleiotropic phenotypic manifestation that is modulated by SUP35, SUP45, and VTS1 genes. Curr Genet. 2012. V. 58. P. 35-47.
Radchenko E., Rogoza T., Khokhrina M., Drozdova P., Mironova L. SUP35 expression is enhanced in yeast containing [ISP+], a prion form of the transcriptional regulator Sfp1. Prion. 2011. V.6. P. 317-322.
Киктев Д.А., Чернов Ю.О., Архиперко А.В., Журавлева Г.А. Идентификация генов, влияющих на синтетическую летальность генетического и эпигенетического изменений в факторах терминации трансляции у дрожжей. Доклады Академии наук. 2011. Т. 438. С. 117-119.
Zhouravleva G.A., Li, L. A special focus on microbial models for amyloids and prions: Letter from the editors. Prion. 2011. V. 5. N. 4. P. 237.
RogozaT., Goginashvili A., Rodionova S., Ivanov M., Viktorovskaya O., Rubel A., Volkov K., Mironova L. Non-Mendelian determinant [ISP+] in yeast is a nuclear-residing prion form of the global transcriptional regulator Sfp1. Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 2010. V. 107. P. 10573–10577.