Молекулярная биология простейших

Кинетопластиды получили своё название за наличие уникальной клеточной органеллы (кинетопласта), возникшей в результате эволюции митохондриального аппарата клетки. Рано отделившийся от общего древа эукариот филум накопил (или сохранил) ряд уникальных черт молекулярной организации, буквально меняющих общепринятые преставления о функционировании генома.

В фокусе внимания нашей научной группы находится механизм редактирования митохондриальных транскриптов.

Это сложная генетическая система, позволяющая интегрировать информацию с разных локусов генома в одной матричной РНК, обеспечивая таким образом дополнительную вариабельность (аналогично альтернативному сплайсингу), и создавая дополнительный уровень контроля экспрессии генов. В процессе редактирования первичный транскрипт определенного участка митохондриальной ДНК (криптогена) претерпевает множественные вставки\удаления уридилов (U) мультиферментными комплексами при участии коротких молекул РНК, называемых гидовыми. Это короткие РНК определяют сайты вставки\удаления оснований, таким образом, привнося генетическую информацию с других локусов. Так как в редактировании одного криптогена обычно участвуют десятки разных гРНК, процесс может приводить к образованию целой серии различных продуктов.

Благодаря развитию технологий NGS, а также разработке нами специализированного программного обеспечения для анализа данных T-Aligner, нам удалось изучить разнообразие транскриптов в митохондриях кинетопластид, а также описать локальное альтернативное редактирование (процесс формирования изоформ мРНК за счет нестрого соответствия структуры гРНК и редактируемого ей региона мРНК, допускающего вариативность сайтов вставки U). Логично предположить, что разнообразие возможных транскриптов напрямую зависит от числа генов гРНК, и действительно, репертуар генов гРНК различается у разных видов.

Мы активно занимаемся изучением эволюции генов гРНК и роли системы редактирования с жизненным циклом клеток простейших в целом.

По-видимому, эволюция системы редактирования РНК привела к образованию кинетопласта как структуры и разделению митохондриальной ДНК на кольцевые популяции двух типов: максикольца и миникольца. В настоящее время (опять же, благодаря развитию технологий секвенирования) существенно расширился набор изученных видов. Стало понятно, что у более «современных» родов разнообразные по первичной структуре миникольца являются исключительными носителям гРНК, тогда как у более «древних» гРНК находится на относительно крупных молекулах.

Поскольку именно развитие системы миниколец могло обусловить формирование уникального дисковидного ассоциата ДНК (кинетопластной ДНК), мы также активно изучаем белковые факторы, играющие роль в его укладке и обеспечивающие транскрипцию. В геноме трипаносоматид обнаруживается семейство генов, кодирующих относительно небольшие белки с HMG доменами, направляющиеся в митохондрию. Эти белки получили название KAP (Kinetoplast Associated Proteins), так как многие из них выделялись в составе нуклеоида митохондрии. Мы устанавливаем роль индивидуальных KAP в обеспечении функционирования митохондриального генома простейших.

В последние годы в нашей группе активно развивается геномное направление.

Мы занимается полногеномным сравнительным анализом не только митохондриального, но и ядерного генома кинетопластид, а также геномов вирусов и эндосимбионтов, встречающихся в их клетках.