Научные проекты
Исследование тандемных повторов – основного компонента конститутивного гетерохроматина млекопитающих.
Основная часть генома большинства эукариот, включая млекопитающих, представлена некодирующей ДНК. К некодирующей части генома относятся интроны, межгенные участки, диспергированные и тандемные повторы. В совокупности, они составляют до 98% генома высших эукариот. Тандемноповторяющаяся (ТП) некодирующая ДНК является основой, на которой формируется конститутивный гетерохроматин. В последние десятилетия обнаружены транскрипты ТП, специфичные для раннего эмбрионального развития и для онкотрансформированных клеток. ТП являются самой сложной для сборки и аннотирования частью генома. У подавляющего большинства высших эукариот известны только несколько наиболее представленных ТП (мажорные). Даже бурное развитие техник секвенирования и сборки геномов дало лишь смутное представление о составе районов хромосом, образованных ТП из-за отсутствия приемлемых алгоритмов сборки. В сборках хромосом в большинстве геномов высших эукариот на месте ЦЕН/периЦЕН находится незаполненный промежуток – Golden Path Gap (GPG). Некартированные на хромосомах и
неаннотированные поля ТП присутствуют в контигах WGS базы данных. Биоинформатические подходы, разработанные в нашей лаборатории, позволяют найти и аннотировать большие ТП в сборках геномов различного качества. Возможность выделения хромоцентров из ядер мыши позволила определить качественный и количественный состав ГХ и обеспечить реперные точки для будущей сборки.
Исследование роли транскриптов тандемных повторов в формировании опухолевого микроокружения
Помимо исследования и поиска новых тандемных повторов в WGS контигах лаборатория также ведет изучение функций тандемных повторов в клетке. Сегодня ясно, что функция тандемных повторов не ограничивается только обозначением места сборки будущего кинетохора. В последние годы получены данные о транскрипционной активности тандемных повторов в опухолях. Показано, что они вовлечены в процессы формирования безмембранных ядерных телец, специфичных для опухолевых клеток, а также усиливают генетическую нестабильность. По нашим данным, при опухолеобразовании активируется транскрипция и в клетках опухолевого микроокружения – стромальных клетках, окружающих опухоль, способствующих ее росту. В настоящее время считается, что рост и развитие опухоли опосредуется тесными взаимодействиями раковых клеток с опухолевым микроокружением, представленным различными популяциями клеток, среди которых эндотелиальные, адипоциты, мезенхимные стромальные клетки, опухоль-ассоциированные фибробласты, иммунные клетки и другие. Цель проекта – исследование транскрипции и механизмов ее регуляции ТП ДНК человека и мыши в здоровых соматических клетках и клетках опухоли и ее микроокружения в солидных опухолях (на примере немелкоклеточного рака легкого (human nonsmall cell lung cancer (NSCLC)) и при гематоонкологических заболеваниях (на примере множественной миеломы). На данном этапе выполнения проекта мы показали, что контакт МСК и фибробластов (стромальных компонентов опухоли) с опухолевыми клетками приводит к индукции транскрипции тандемноповторяющейся ДНК в строме . При прогрессе заболевания количество транскрипта растет и наблюдается выход транскриптов из ядра в цитоплазму. На следующем этапе планируется исследовать возможность экспорта транскриптов из клетки.
Исследование транскрипции тандемных повторов в позднем оогенезе человека и мыши.
Транскрипты тандемных и диспергированных повторов присутствуют в доимплантационных эмбрионах млекопитающих и регулируют развитие эмбриона. Однако неизвестно, накапливаются ли в течение оогенеза эти транскрипты, или они экспрессируются заново уже в эмбрионе.
Цель проекта – проверить наличие и определить локализацию транскриптов прицентромерных сателлитов в преовуляторных ооцитах человека, исследовать их роль в формировании безмембранных включений. В исследованиях используются донорские преовуляторные (GV и MI) ооциты человека, не используемые (в отличие от MII) для вспомогательных репродуктивных технологий. Исследование одобрено локальным этическим комитетом сети клиник Ава-Петер-Скандинавия.
Мобильные элементы генома в клональной изменивости терматод.
Проект направлен на исследование роли мобильных элементов генома (транспозонов) в формировании соматической изменчивости и ее влиянии на фенотип на модели партенит и церкарий трематоды Himasthla elongata . Работа основана на данных, свидетельствующих, что мобильные элементы ДНК служат триггерами событий, которые приводят к формированию генетической изменчивости вне полового размножения. Проект реализуется совместно с лабораторией паразитических червей и протистов и Беломорской биологической станцией (ББС) ЗИН РАН.
Горизонтальный перенос генов у хордовых животных
Модельными организмами в нашей работе являются примитивные хордовые животные, относящиеся к подтипу Оболочники (Tunicata). Оболочники обладают отличительной чертой строения покровов – туникой, состоящей из целлюлозных фибрилл, белковых молекул и одиночных клеток. Механизм формирования туники представляет интерес как модель для изучения взаимодействия клеток с внеклеточным матриксом. В образовании туники принимает участие белок р48 морулярных клеток крови. В нашей работе описана последовательность р48. Предметом дальнейшей работы является описание функции р48 и его взаимодействия с другими белками внеклеточного матрикса туники.
Другая часть работы, где моделью являются Оболочники, связана с изучением горизонтального переноса генов. Для белка клеток крови, рустикалина, нами показано, что его ген был перенесён в геном Оболочников горизонтально из генома прокариотического организма. Продемонстрированно, что посредником такого переноса мог послужить бактериофаг А500. На основе предложенного механизма переноса в дальнейшем планируется описать новые случаи горизонтального переноса генов для других организмов. А так же показать участие в этом процессе других бактериофагов.
Особенности остеогенной дифференцировки эктомезенхимных стромальных клеток нервного гребня
Стволовые клетки нервного гребня по своему происхождению являются эктодермальными клетками, прошедшими эктомезенхимный переход. По современным данным они принимают участие в формировании всех тканей краниофасциального отдела организма млекопитающих. Поэтому они могут быть выделены из этих тканей, в т.ч. из тканей пульпы зуба, периодонта, слизистой десны. По своей морфологии и набору поверхностных маркёров клетки близки к мезенхимным стромальным клеткам. Но обладают рядом отличий. Предполагается, что наиболее ярко выражены эти отличия при индукции дифференцировки в остеогенном и нейрогенном направлениях. Известно, что внеклеточный матрикс, синтезируемый при остеогенной дифференцировке стволовых клеток пульпы зуба, по своему составу является дентином и отличается от матрикса трубчатых костей. Но молекулярные механизмы, регулирующие остеогенную дифференцировку стволовых клеток нервного гребня, неизвестны.
Мы исследуем особенности остеогенной дифференцировки, используя широкий набор методов: от биоинформатных до исследований in vivo. При этом особое внимание уделяется анализу некодирующей части транскриптома.
Данный проект выполняется в сотрудничестве с лабораторией регенеративной медицины ИНЦ РАН.