Главная страница Карта сайта Контактная информация

Главная » Научные группы »

Группа молекулярной биологии простейших

Руководитель: доктор биологических наук, профессор Колесников Александр Александрович.

Место: комната 330, кафедра молекулярной биологии


Тематика

Группа занимается изучением структуры и функций генома жгутиковых простейших, относящихся к классу Kinetoplastea (тип Euglenozoa, супергруппа Excavata). К этому классу относятся очень своеобразные жгутиковые простейшие. Небольшое число представителей класса - населяющие различные биотопы свободноживущие формы, но большинство представителей - не патогенные для теплокровных паразитические виды, поражающие практически все основные группы организмов (например, насекомых, позвоночных и растений). Тематика разрабатывается на кафедре (группа Г.Н. Зайцевой) с 1967/69 годов. Изучение геномных адаптаций к паразитизму у данных видов традиционно находится в центре внимания сотрудников группы. С медицинской точки зрения интересны виды из семейства Trypanosomatidae, которое включает в себя паразитов человека. Наиболее опасные представители родов Leishmania и Trypanosoma вызывают серьезные заболевания человека, которые пока не поддаются эффективному лечению.

Trypanosoma brucei (сканирующая электронная микроскопия, из Faktorová et al., 2016, 10.12688/f1000research.8040.2)
Trypanosoma brucei (сканирующая электронная микроскопия, из Faktorová et al., 2016, 10.12688/f1000research.8040.2)


Рано отделившиеся от других эукариот и хорошо приспособленные к облигатному паразитизму кинетопластиды имеют множество необычных черт молекулярной организации. Характерной чертой всех представителей группы является единственная крупная митохондрия с геномом, организованным в  уникальную структуру - ассоциат, локализующуюся в специальном отделе митохондрии, называемом кинетопластом (отсюда и название название группы).

К другим уникальным чертам кинетопластид можно отнести нестандартный генетический код, наличие пятого модифицированного основания J (β-D-глюкопиранозилоксиметилурацил) в ядерной ДНК, сложные формы процессинга РНК (уридиловое редактирование и транс-сплайсинг), а также отсутствие интронов.

Изучение особенностей геномной организации этих уникальных простейших позволяет нам не только расширить наши представления о разнообразии существующих молекулярных механизмов, но и лучше понять биологию паразитических кинетопластид. Поскольку именно функционирование митохондрии тесно связано с прохождением клеткой паразита сложного жизненного цикла, большинство научных направлений в нашей группы связано именно с изучением митохондрии.

Направления исследований

Эволюция системы редактирования в митохондриальном геноме кинетопластид

Митохондриальный геном кинетопластид состоит из кольцевых молекул двух типов. Молекулы первого типа, называемые максикольцами, имеют относительно крупный размер и делятся на две функциональных области: кодирующую и дивергентную. В кодирующей области расположены локусы, кодирующие около 20 (в зависимости от вида) митохондриальных генов. Однако, большинство этих генов "записано" в максикольце в форме так называемых криптогенов. В результате транскрипции криптогена образуется пре-мРНК, не содержащая полноценной открытой рамки считывания. Функциональная зрелая мРНК формируется в результате множественных модификаций пре-мРНК путем вставки или удаления уридилов (U) - РНК-редактирования. В редактировании участвуют короткие молекулы гидовых РНК (гРНК), которые являются транскриптами колец второго типа - миниколец.

Таким образом, экспрессия митохондриального генома включает в себя стадию процессинга мРНК, в котором задействуются как миникольца, так и максикольца.  

Система редактирования по-разному развита у представителей разных филогенетических групп кинетопластид и, по-видимому, тесно связана с паразитическим образом жизни конкретных представителей. В рамках проектов данного направления изучается эволюция структуры криптогенов, стравнительный анализ редактирования у разных видов и анализ редактирования на разных стадиях жизненного цикла.

Анализ структуры миниколец

Анализ гетерогенности миникольцевого генома - важнейший шаг в изучении эволюции митохондриального генома вообще и системы редактирования.

Миникольца могут представлять собой основную массу ДНК клетки простейшего (от 10 до 25% всей ДНК клетки). Это удивительный факт, ведь миникольца - относительно небольшие молекулы, размер которых редко превышает 1,5 т.п.н. В митохондриальном геноме насчитывается несколько тысяч миниколец, и таким образом, по количеству ДНК миникольцевой геном сопоставим с ядерным. Основная функция, традиционно возложенная на эти молекулы - кодирование гидовых РНК, однако совсем недавно нами было показано, что транскрибируется не только область гена гРНК, а также найдены обширные структурные варианты миниколец, не содержащие гена гРНК.

Основная задача проектов данного направления: установление полного репертуара структур миниколец в ассоциате митохондрии и установление их роли в жизни клетки. На сегодняшний день очевидно, что тысячи миниколец одной клетки отличаются не только тем, что кодируют разные гены гРНК, но и по структуре других локусов. Однако, пока нет сведений о полном наборе миниколец ни для одного вида кинетопластид. Наиболее интересным аспектом направления является то, что именно через изучение структуры миниколец мы надеемся ответить на вопрос о том, как возникла сложная и в прямом смысле слова запутанная архитектура кинетопластного генома.

Изучение структуры нуклеоида

Митохондриальный геном кинетопластид организован в уникальную структуру, ассоциат в котором компактно собраны десятки максиколец и несколько тысяч миниколец. Несмотря на крайне компактную укладку, структура кинетопластного ассоциата надежно обеспечивает транскрипцию и репликацию митохондриального генома. Задача направления - изучение ДНК-белковых взаимодействий, обеспечивающих динамичную организацию кинетопласта у разных видов и на разных стадиях жизненного цикла. Наибольший интерес представляет характеристика белков, обеспечивающих динамику структуры нуклеоида ( компактизация - ремоделирование) в ходе жизненного и паразитарного  циклов клетки.

Методы

В конечном счете основной объект исследования нашей группы - последовательность нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) клетки простейшего. Это определяет набор методов, которые используют сотрудники группы: это сочетание экспериментальных методов молекулярной и клеточной биологии (работы с РНК и ДНК, ПЦР, молекулярное клонирование, рестрикция, различные виды электрофореза, культивирование клеток, электронная микроскопия)  и широкого набора методов анализа данных (биоинформатики). В последнее время мы активно применяем самые современные методы секвенирования (NGS), развиваем собственное программное обеспечение (T-Aligner), анализ данных занимает всё более важную позицию среди наших инструментов.

Сотрудничество

Мы активно сотрудничаем с двумя группами геномики простейших из Университета Остравы (Чехия) и из Чешских Будеевиц (Чехия), а также с лабораторией под руководством Sara L. Zimmer при Биомедицинском факультете Университета Миннесоты (США).

Дополнительная информация

https://docs.google.com/document/d/1RtFS5eZ3OAyh8LT2OqZ1p-NOWQ-EU9DO39hr13zP7jU/edit?usp=sharing

Основные публикации

  • Gene expression to mitochondrial metabolism: Variability among cultured Trypanosoma cruzi strains. PLoS ONE, 2018.
  • Trypanosomatid mitochondrial RNA editing: dramatically complex transcript repertoires revealed with a dedicated mapping tool. Nucleic Acids Research, 2017 (http://dx.doi.org/10.1093/nar/gkx1202)
  • Minicircle kinetoplast genome of insect trypanosomatid Leptomonas pyrrhocoris. Biochemistry, 2017.
  • Genome of Leptomonas pyrrhocoris: a high-quality reference for monoxenous trypanosomatids and new insights into evolution of Leishmania. Scientific reports, 2016. (http://dx.doi.org/10.1038/srep23704)
  • Gene loss and error-prone RNA editing in the mitochondrion of Perkinsela, an endosymbiotic kinetoplastid. mBio, 2015. (http://dx.doi.org/10.1128/mbio.01498-15)
  • Diversity of mitochondrial genome organization. Biochemistry, 2012. (http://dx.doi.org/10.1134/S0006297912130020)
  • From cryptogene to gene? ND8 editing domain reduction in insect trypanosomatids. European Journal of Protistology, 2012. (http://dx.doi.org/10.1016/j.ejop.2011.09.002)
  • Selective amplification of maxicircle classes during the life cycle of Leishmania major. Molecular and Biochemical Parasitology,  2009. (http://dx.doi.org/10.1016/j.molbiopara.2009.01.014)
  • The kinetoplast genome of Leishmania major contains several maxicircle classes undergoing differential amplification at the amastigote stage. Protistology, 2007.

Наш коллектив

Колесников Александр Александрович
(шеф)
aak330@yandex.ru  
https://istina.msu.ru/profile/KOLESNIKOVAA330
Герасимов Евгений Сергеевич
(старший научный сотрудник)
jalgard@yandex.ru  
https://istina.msu.ru/profile/jalgard
https://vk.com/jalgard
Руденская Юлия Андреевна
(научная сотрудница)
illuvi@yandex.ru  
https://istina.msu.ru/profile/iluvi
Гаспарян Анна Арутюновна
(аспирантка)
https://istina.msu.ru/profile/GasparyanAA/
Афонин Дмитрий Алексеевич
(студент)
 
Замятнина Ксения Андреевна
(студентка)
 
Матвеева Надежда Сергеевна
(студентка)
 




версия для печати







© 2019 Кафедра молекулярной биологии
Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова
- создание сайта,
                         v1.2005, v2.2012