ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Корочкин Леонид Иванович
член-корреспондент РАН, доктор медицинских наук, профессор.
06.04.1935, Новокузнецк, - 19.08.2006, Москва.

В 2006 г. в результате слияния двух структурных подразделений Института биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН - лаборатории молекулярной биологии развития (которой с 1980 г. до своей трагической кончины в 2006 г. руководил член-корреспондент РАН, профессор Корочкин Л.И.) и лаборатории генетических механизмов органогенеза (рук. д.б.н., проф. Кузин Б.А.). была создана лаборатория генетических основ морфогенеза, которую возглавила ученица Леонида Ивановича к.б.н. О.Б. Симонова. В 2007 г. в состав лаборатории вошли группа генетической инженерии и редактирования генома растений (рук. д.б.н. Гапоненко А.К.) и группа структурно-функциональной организации эукариотических хромосом (рук. д.б.н. Глазков М.В.). В 2014 г. лаборатория генетических основ морфогенеза была переименована в лабораторию регуляции морфогенеза.

Лаборатория молекулярной биологии развития была организована в 1980 г. выдающимся российским генетиком, гистологом и эмбриологом Корочкиным Леонидом Ивановичем, который бессменно руководил ею на протяжении 26 лет. Л.И. Корочкин - основатель научной школы России "Новые подходы к генетике развития с использованием ксенотрансплантации нервной ткани", автор более 450 публикаций.

Истоки лаборатории генетических механизмов органогенеза лежат в основанной д.б.н. Г.В. Лопашовым при создании Института биологии развития АН СССР в 1967 году лаборатории органогенеза. В 1998 г. в результате слияния двух научных групп была создана лаборатория генетических механизмов органогенеза, которую возглавил д.б.н. Б.А. Кузин, а позже - О.Б. Симонова. В 2017 г. лаборатория была преобразована в лабораторию молекулярно-генетических процессов развития (руководитель - д.б.н. Симонова Ольга Борисовна, приказ № 6-шр от 12.07.2017).

НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Главное направление исследований: Молекулярно-генетические механизмы регуляции морфогенеза.

Цель работы - исследование функции новых генов (белковых доменов, участков хроматина) и механизмов их дифференциальной активности на генетическом и эпигенетическом уровне в процессе развития.

Предмет исследования - эволюционно-консервативные гены беспозвоночных (дрозофила), позвоночных животных (мышь, крыса, человек) и растений (группа генетической инженерии и редактирования генома растений), а также специфические элементы хромосомных доменов (группа структурно-функциональной организации эукариотических хромосом).

Раздел 1. Особенности регуляции экспрессии перекрывающихся генов, контролирующих морфогенетические процессы у высших организмов.

Известно, что гены эукариотических организмов могут перекрываться: до 7,9% у человека; до 8,2% у мыши; до 26,2% у дрозофилы; до 4,6% у нематоды (Solda et al., 2008). Как происходит регуляция экспрессии таких генов в процессе онтогенеза, насколько эволюционно консервативен такой способ организации генома, изучено слабо.

Нами была исследована тонкая структура локуса дрозофилы leg-arista-wing complex - TBP related factor 2 (lawc-Trf2). Мы показали, что гены lawc и Trf2 перекрываются, и зона перекрытия имеет эволюционную значимость. Уникальная система разнонаправленных перекрывающихся транскриптов используется нами для исследования механизмов работы перекрывающихся генов in vivo (дрозофила) и in vitro (культура клеток S2). Мы создаём трансгенных дрозофил (система attP/attB), в организме которых управляемо экспрессируются двухцепочечные молекулы РНК, направленные на подавление прямых и обратных транскриптов локуса lawc-Trf2 по пути РНК-интерференции. Для активации конструкций в разных тканях и на разных стадиях онтогенеза мы используем систему UAS/Gal4. Подобные эксперименты в культуре клеток проводим, используя трансфекцию двухцепочечными молекулами РНК, которые комплементарны прямым и обратным транскриптам локуса lawc-Trf2. Уровень экспрессии генов измеряем методом RТ-РCR. Мы показали регуляторную роль обратных транскриптов lawc в контроле уровня экспрессии Trf2, а также впервые у дрозофилы обнаружили эффект РНК-активации - эволюционно-консервативного явления активации экспрессии генов некодирующими РНК (рис. 1).

В настоящее время мы проводим поиск и тестирование различных регуляторных элементов в составе локуса lawc-Trf2, ответственных за правильную тканеспецифическую экспрессию его разнонаправленных транскриптов, а также изучаем значение эволюционно консервативных микроРНК, как инструмента координированной экспрессии перекрывающихся генов.

КОЛЛЕКТИВ ЛАБОРАТОРИИ

Сотрудники:

• Мерцалов Илья Борисович, с.н.с., к.б.н.
• Куликова Дина Александровна, с.н.с., к.б.н.
• Воронцова Юлия Евгеньевна, н.с., к.б.н.
• Черезов Роман Олегович, н.с., к.б.н.
• Шабарина Анна Николаевна, н.с., к.б.н.
• Акишина Ангелина Александровна, аспирант, ст. лаб.
• Заволока Екатерина Леонидовна, аспирант, ст. лаб.

Раздел 2: Роль новых нейроспецифических эволюционно-консервативных транскрипционных факторов семейства d4 в сигнальных путях, контролирующих морфогенез.

Группа новых нейроспецифических генов эволюционно-консервативного семейства d4 впервые была выявлена и охарактеризована нами. Впервые были исследованы последствия дисфункции двух нейрогенов мыши: neuro-d4 и cer-d4. Направленная инактивация neuro-d4 и cer-d4 у мыши привела к нарушению врожденных поведенческих реакций, связанных с инстинктом выкармливания потомства. Результаты этих исследований позволили предположить, что данная группа генов относится к регуляторам психофизиологических процессов в нервной системе млекопитающих. Впервые с помощью коиммунопреципитации с антителами против TTH нами было показано, что этот белок семейства d4 дрозофилы входит в состав Brahma-комплекса, содержащего субъединицу OSA. Данный белковый комплекс гомологичен комплексу млекопитающих BAF, который характерен для всех типов нервных клеток.

Предварительные данные свидетельствуют о том, что белки семейства d4 в процессе индивидуального развития подвержены модификациям (вероятно фосфорилированию) и меняют внутриклеточную локализацию (из цитоплазмы в ядро и наоборот). В настоящее время наше исследование сосредоточено на выяснении роли генов семейства d4 в сигнальных путях, контролирующих морфогенез на модельном организме D. melanogaster (рис. 2).



Рис 2

Раздел 3: Эволюционно-морфогенетический потенциал стресс-индуцибельных систем.

В рамках темы данного раздела мы используем гипоморфные мутации высоко консервативных генов дрозофилы, контролирующих морфогенетические процессы и системы реагирования на воздействия токсических и температурных факторов. В первую очередь это линии мух, мутантных по генам транскрипционных факторов spineless (ss), Distal-less (Dll), Trf2 и шаперонов CG5017 и hsp70. Впервые установлено взаимодействие эволюционно-консервативных генов дрозофилы spineless (гомолог арилгидрокарбонового/диоксинового рецептора человека) и CG5017 (нуклеотропный шаперон) в процессе регуляции морфогенеза, формирования долговременной памяти и ответа на оксидативный стресс. Впервые показано, что нарушения, вызванные слабыми мутациями в генах spineless и CG5017, делает организм чувствительным даже к низким дозам радиации, что необходимо учитывать при оценке рисков сочетания подобных мутаций у человека. Показана возможность коррекции этих нарушений при помощи фармацевтических средств (серотонин).

Нами разработан и запатентован новый оригинальный способ оценки фармакологических и токсикологических свойств веществ – радио- и токсико-протекторов.

Впервые создана гуманизированная тест-линия дрозофилы, трансформированная геном арилгидрокарбонового/диоксинового рецептора человека, для оценки действия ксенобиотиков, вызывающих оксидативный стресс, на развитие эволюционно-консервативных органно-тканевых структур (Рис 3.).

Рис 3. СХЕМА использования тест-системы для оценки действия ксенобиотиков, вызывающих оксидативный стресс, на развитие эволюционно-консервативных органно-тканевых структур.

Раздел 4. Изучение морфофизиологических, гистологических и молекулярно-генетических и особенностей роста и развития растений, полученных методом экспериментального мутагенеза (к.б.н. Широкова А.В.).

Объекты исследования: декоративные (петунья Petunia hybrida, сальпиглосис Salpiglossis sinuate) и технические (рапс Brassica napus), (лен Linum usitatissimum) культуры.

Поставленные задачи:

Изучить:

• особенности формирования и наследования окраски и биосинтеза флавоноидов в цветках мутантных форм;
• изменчивость состава жирных кислот и особенностей их биосинтеза в семенах мутантных растений,

Получить исходный материал для селекции отечественных сортов:

• рапса, льна, земляники, дыни, баклажана, различных видов рода Brassica;
• петунии, вербены, агератума, календулы, сирени;

Разработать оригинальную методику получения исходного материала для селекции с определенными морфологическими признаками.

Созданы коллекции растений с измененными морфологическими признаками, в том числе: петуния с гомеозисными мутациями цветков (рис 4); разработана методика получения исходного материала для селекции декоративных растений, выявлены маркерные признаки; созданы 4 отечественных сорта петунии, 1 сорт календулы на основе перспективных мутантных линий; прошли конкурсное сортоиспытание 3 линии ярового рапса (рис 4).

Рис 4 Петуния Petunia x hybrida с гомеозисными мутациями цветков

Посадки рапса Brassica napus

ВАЖНЕЙШИЕ ПУБЛИКАЦИИ

1. Georgiev P.G., Kiselev S.L., Simonova O.B., Gerasimova T.I. A novel transposition system in Drosophila melanogaster depending on the Stalker mobile genetic element // EMBO J. 1990. V.9. №7. P.2037-2034.
2. Gerasimova T.I., Gdula D., Gerasimov D.V., Simonova O.B., Corces V. A Drosophila protein that imparts Directionality on a chromatin insulator is an enhancer of position-effect variegation // Cell. 1995. V.82. P.587-597.
3. Kuzin B., Roberts I., Peunova N., Enikolopov G. Nitric oxide regulates cell proliferation during Drosophila development // Cell. 1996. V. 87. P. 639-649.
4. Kuzin B., Doszhanov K., Mazo A. Interaction between spineless-aristapedia gene and genes from Antennapedia and bitorax complexes of Drosophila melanogaster // Int. J. Dev. Biol. 1997. V. 41. P. 867-875.
5. Kuzin B., Regulski M., Stasiv Y., Shainker V., Tully T., Enikolopov G. Nitric oxideinterects with the retinoblastoma pathway to control eye development in Drosophila // Curr. Biol. 2000.V. 10. P. 459-462.
6. Stasiv Y., Regulski M., Kuzin B. et al. The Drosophila nitric-oxide synthase gene (dNOS) encodes a family of proteins that can modulate NOS activity by acting as dominant negative regulators // J. Biol. Chem. 2001. V. 276. P. 422-41.
7. Ninkina N.N., Mertsalov I.B., Kulikova D.A., Alimova-Kost M.V., Simonova O.B., Korochkin L.I., Kiselev S.L., Buchman V.L. Cerd4, third member of the d4 gene family: expression and organization of genomic locus // Mamm. Genome. 2001. V.12. PP.862-866.
8. Nabirochkina E., Simonova O.B., Mertsalov I.B., Kulikova D.A., Ladigina N.G., Korochkin L.I. and. Buchman V.L. Expression pattern of dd4, a sole member of the d4 family of transcription factors in Drosophila melanogaster // Mech. Dev. 2002. V. 114. PP.119-123.
9. Stasiv Y., Kuzin B., Regulski M. et al. Regulation of multimers via trancated isoforms: a novel mechanism to control nitric-oxide signalling // Genes & Devel. 2004. V. 18. P. 1812-1823.
10. Kopytova D.V., Krasnov A.N., Kopantceva M.R., Nabirochkina E.N., Nikolenko J.V., Maksimenko O., Kurshakova M.M., Lebedeva L.A., Yerokhin M.M., Simonova O.B., Korochkin L.I., Tora L., Georgiev P.G. and Georgieva S.G.. Two isoforms of Drosophila TRF2 are involved in embryonic development, premeiotic chromatin condensation and proper differentiation of germ cells of both sexes // Mol. Cell Biol. 2006. V.26. № 20. P.7492 – 505.
11. Симонова О.Б, Воронцова Ю.Е. Становление асимметрии в онтогенезе: ранняя поляризация герминативной цисты и ооцита у дрозофилы // Генетика. 2008. Т.44. №.9. С.1157-1171.
12. Симонова О.Б., Бурдина Н.В. Морфогенетическое движение клеток в эмбриогенезе Drosophila melanogaster: механизмы и генетический контроль // Онтогенез. 2009. Т.40. №5. С. 355–372.
13. Кузин Б.А., Модестова Е.А., Воронцова Ю.Е., Зацепина О.Г., Микаелян А.С., Слезингер М.В., Симонова О.Б. Взаимодействие генов ss и CG5017 в процессе регуляции морфогенеза конечностей Drosophila melanogaster // Онтогенез. 2010. Т.41. №5. С. 364-369.
14. Воронцова Ю.Е., Черезов Р.О., Зацепина О.Г., Слезингер М.С., Кузин Б.А., Симонова О.Б. Модуляция экспрессии генов – эволюционный резерв адаптационных изменений морфогенеза конечностей насекомых // Известия РАН. Сер. Биол. 2012. № 2. С. 228–236.
15. Симонова О.Б., Модестова Е.А., Воронцова Ю.Е., Черезов Р.О. Выявление геномных районов, влияющих на экспрессию lawc/Trf2 в процессе развития D. melanogaster // Онтогенез. 2012. Т.43. №5 стр. 366-384.
16. Воронцова Ю.Е., Черезов Р.О., Симонова О.Б. Влияние мутаций гена lawc/Trf2 на формирование хромоцентра и расхождение хромосом у Drosophila melanogaster // Генетика. 2013. Т. 49. №6. C. 669-680.
17. Куликова Д.А., Мерцалов И.Б., Симонова О.Б. Гены семейства d4 позвоночных животных: структурная организация и экспрессия // Онтогенез. 2013. Т.44. №1 С. 3-9.
18. Черезов Р.О., Воронцова Ю.Е., Мерцалов И.Б, Куликова Д.А., Симонова О.Б. Влияние РНК-шпильки, специфичной к гену lawc, на экспрессию перекрывающихся генов комплекса lawc/Trf2 у D. melanogaster // Известия РАН. Сер. Биол. 2013. №2. 133–137.
19. Kuzin B.A., Nikitina E.A., Cherezov R.O., Vorontsova J.E., Slezinger M.S., Zatsepina O.G., Simonova O.B., Enikolopov G.N., Savvateeva-Popova E.V. Combination of hypomorphic mutations of the Drosophila homologues of Aryl hydrocarbon receptor and Nucleosome assembly protein family genes disrupts morphogenesis, memory and detoxification // PloS One. 2014. V.9. №4: e94975.
20. Kust N., Rybalkina E., Mertsalov I., Savchenko E., Revishchin A., Pavlova G. Functional analysis of Drosophila HSP70 promoter with different HSE numbers in human cells // PloS One. 2014. V.9. №8: e101994.
21. Poletaeva II, Surina NM, Ashapkin VV, Fedotova IB, Merzalov IB, Perepelkina OV, Pavlova GV. Maternal methyl-enriched diet in rat reduced the audiogenic seizure proneness in progeny // Pharmacol Biochem Behav. 2014. Oct 3. doi: 10.1016/j.pbb.2014.09.018.
22. Yurinskaya M., Zatsepina O.G., Vinokurov M.G., Bobkova N.V., Garbuz D.G., Morozov A.V., Kulikova D.A., Mitkevich V.A., Makarov A.A., Funikov S.Y., Evgen'ev M.B. The fate of exogenous human HSP70 introduced into animal cells by different means // Curr. Drug Deliv. 2015. V. 12(5). P. 524-532.
23. Mertsalov I.B., Novikov B.N., Scott H., Dangott L., Panin V.M. Characterization of Drosophila CMP-sialic acid synthetase activity reveals unusual enzymatic properties // Biochem J. 2016. V. 473(13). P. 1905-1916. doi: 10.1042/BCJ20160347. Epub 2016 Apr 25.
24. Широкова А.В. Чудеса подмосковного Кропотова. Новые отечественные сорта петунии // Питомник и частный сад. 2015. № 1. C. 18-23.
25. Воловик В.Т., Широкова А.В., Докудовская Н.А. Оценка селекционного материала ярового рапса созданного методом мутагенеза // Сборник «Многофункциональное адаптивное кормопроизводство». Москва, 2015. С. 220-225.
26. Широкова А.В., Зайцев Г.П., Костяновский Р.Г., Крутиус О.Н., Кадоркина Г.К. Химический мутагенез и изменения в биосинтезе флавоноидов в цветках петунии // Сборник материалов IX Международного симпозиума «Фенольные соединения: фундаментальные и прикладные аспекты» // Москва, 20-25 апреля 2015 г. (отв. ред. Н.В. Загоскина). М.: ИФР РАН. 2015. С. 477-482
27. Казанцева, В.В., Фесенко А.Н., Широкова А.В., Загоскина Н.В. Проростки гречихи с различным уровнем плоидности и накопление в них фенольных соединений // Известия Калининградского государственного технического университета. 2014. №34. С.181-188.
28. Воловик В., Широкова А., Докудовская Н. Мутагенез в селекции ярового рапса // XX Международная научная конференция Проблемы интенсификации животноводства с учетом охраны окружающей среды, стандартов ЕС ипроизводства альтернативных источников энергии, в том числе биогаза .Варшава, Польша. 23-24 сентября 2014 г. / Сб. статей. Под ред. В. Романюка. - Фаленты-Варшава: Изд-во Институт Технологических и Естественных Наук в Фалентах , 2014. - 411 с. С. 368-370.
29. Shirokova A.V., Volovik V.T., Korovina L.M., Zhukov A.V., Pchelkin V.P., Tsydendambaev V.D, Kostyanovskiy R.G., Krutius O.N., Kadorkina G.K., Amosova A.V., Muravenko O.V. and Dokudovskaya N.A. New canola (Brassica napus L.) mutant lines with similar phenotypes and different fatty acid composition // Abstracts of the 20th EUCARPIA General Congress “Plant Breeding: the Art of Bringing Science to Life”. 2016. Zurich. 29 Aug - 1 Sept. P. 296.
30. Shirokova A., Zaitsev G., Nikolayeva T., Zagoskina N., Kostyanovskiy R., Krutius O., Kadorkina G. Petunia x hybrida (Hook.) Vilm. with bicolor flowers, obtained by chemical mutagenesis // Acta Hort. 2015. V. 1087. P. 141-146

Патент

Патент РФ МПК C12Q; G01N3300 от 11.07.2014 г. Способ оценки фармакологических и токсикологических свойств веществ – радио- и токсико-протекторов (варианты) / Кузин Б.А., Ениколопов Г. Н., Слезингер М.С., Симонова О.Б., Черезов Р.О., Зацепина О. Г. Воронцова Ю.Е. Заявитель Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН.