Эпигенетические механизмы и регуляция транскрипции: структурно-функциональный анализ и разработка новых методов исследования

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 14-24-00031

НазваниеЭпигенетические механизмы и регуляция транскрипции: структурно-функциональный анализ и разработка новых методов исследования

Руководитель Кирпичников Михаил Петрович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №2 - Конкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований коллективами существующих научных лабораторий (кафедр)»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-208 - Молекулярная биология

Ключевые слова биоинженерия, эпигенетика, механизмы транскрипции, РНК-полимераза, гистон, нуклеосомы, флуоресцентная микроскопия одиночных комплексов, шапероны, трехмерная структура, электронная микроскопия, компьютерное моделирование, молекулярная динамика, время-разрешённый футпринтинг

Код ГРНТИ34.15.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Процесс транскрипции хроматина имеет место у всех высших организмов. Недавно было установлено, что экспрессия тысяч генов человека регулируется на стадии элонгации транскрипции, и многие белковые регуляторы этого процесса также участвуют в онкогенезе и старении человека. В то же время механизмы элонгации транскрипции хроматина и регуляция этого процесса пока недостаточно изучены. Настоящий проект посвящен исследованию нового фундаментального механизма регуляции экспрессии генов и будет выполняться с использованием новейших междисциплинарных экспериментальных подходов. В результате выполнения проекта будут определены механизмы элонгации транскриптов в хроматине РНК-полимеразой 2, а также механизмы регуляции данного процесса белком-шапероном Asf1. Механизмы будут охарактеризованы в терминах структур интермедиатов высокого разрешения и скорости их формирования/распада с использованием междисциплинарного подхода, включающего разработку и использование новейших биохимических, молекулярно-биологических, биоинженерных и физико-химических методов, а также методов компьютерного моделирования и биоинформатики. Исследования будут выполняться квалифицированными специалистами, обладающих высоким рейтингом научных публикаций, опытом работы над масштабными проектами самого высокого уровня, включая гранты Правительства Российской Федерации (в т.ч. «мегагрант») и Министерства образования и науки по теме проекта. Коллектив имеет документированный в десятках экспериментальных научных работ, обзорах и патентах опыт исследований в области проекта, а также многолетний опыт работы с современными экспериментальными подходами, предлагаемыми для дальнейшей разработки. Полученные результаты будут востребованы широким кругом учёных, от молекулярных биологов до физиков-теоретиков. Разработанный комплекс подходов найдёт широкое применение не только при реализации проекта, но впоследствии и для анализа различных других сложных биологических процессов, включающих множественные регуляторные факторы и сложную динамику. Кроме того, так как процесс транскрипции хроматина важен для жизнеспособности клетки, а шаперон гистонов Asf1 вовлечен в онкогенез и преждевременное старение, он является перспективной мишенью для разработки противоопухолевых препаратов нового поколения. Поскольку результаты проекта будут востребованы при разработке противоопухолевых препаратов и, в будущем, лекарств, предотвращающих преждевременное старение, проект будет иметь важное социальное значение, а также важен для медицины и народного хозяйства.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Feofanov A.V., Kudryashova K.S., Lyubitelev A.V., Chertkov O.V., Nikitin D.V., Kirpichnikov M.P. and Studitsky V.М. Interactions of nucleosomes with proteins: single-particle FRET analysis. Proceedings of V International Symposium “Topical Problems of Biophotonics”, P. 120-121. ISBN 978-5-8048-0105-3. (год публикации - 2015)

2. Феофанов А., Любителев А., Кудряшова К., Михайлова М., Чертков О., Студитский В., Кирпичников М. Single-particle fluorescent microscopy analysis of nucleosomes and their complexes with linker histone H1.5 The FEBS Journal, V.283, Suppl.1, P.42 (год публикации - 2016)
10.1111/febs.13805

3. Ченг Х., Панди М., Кулаева О., Пател С., Студитский В. Overcoming a nucleosomal barrier to replication Science Advances, V. 2, e1601865 (год публикации - 2016)
10.1126/sciadv.1601865

4. Волох О.И., Шей Ф.К., Карлова М.Г., Трифонова Е.С., Студитский В.М., Соколова О.С. Study of RNA Polymerase Transcription Through Nucleosome Using the Cryo-Electron Microscopy Approach Moscow University Biological Sciences Bulletin, Vol. 71, No. 1, pp. 34–38 (год публикации - 2016)
10.3103/S0096392516010120

5. Волох О.И., Шей Ф.-К., Карлова М.Г., Трифонова Е.С., Студитский В.М., Соколова О.С. Исследование прохождения РНК-полимеразы через нуклеосому методом электронной криомикроскопии Вестник МГУ, серия 16 Биология (год публикации - 2016)

6. Армеев Г.А., Шайтан К.В., Шайтан А.К. Nucleosome structure relaxation during DNA unwrapping: Molecular dynamics simulation study Moscow University Biological Sciences Bulletin, 3,71,141-144 (год публикации - 2016)
10.3103/S0096392516030020

7. Волох О., Герасимова Н., Моисеенко А., Студитский В.М., Соколова О.С. Single particle electron tomography of RNAP elongation complex, stalled at position +24 The FEBS Journal, V. 283 (S1), pp 154-155 (год публикации - 2016)
10.1111/febs.13808

8. Шайтан А.К., Армеев Г.А., Гончаренко А., Журкин В.Б., Ландсман Д., Панченко А.Р. Trajectories of microsecond molecular dynamics simulations of nucleosomes and nucleosome core particles Data in Brief, 7,1678-1681 (год публикации - 2016)
10.1016/j.dib.2016.04.073

9. G. A. Armeev, K. V. Shaitan, A. K. Shaytan Conformational Flexibility of Nucleosomes: A Molecular Dynamics Study Moscow University Biological Sciences Bulletin, Vol. 70, No. 3, pp. 147–151 (год публикации - 2015)
10.3103/S0096392515030025

10. Волох О.И., Деркачева Н.И., Студитский В.М., Соколова О.С. Structural Studies of Chromatin Remodeling Factors Molecular Biology, Vol. 50, No. 6, pp. 812–822 (год публикации - 2016)
10.1134/S0026893316060212

11. Герасимова Н., Пестов Н., Кулаева О., Никитин Д., Кирпичников M., Студитский В. Repair of Chromatinized DNA. Moscow University Biological Sciences Bulletin, Vol. 70, No. 3, pp. 122–126. (год публикации - 2015)
10.3103/S0096392515030050

12. A. A. Maslakova, M. V. Telkov, I. V. Orlovsky, and O. S. Sokolova Comparative Analysis of SERPINA1 gene Expression in Tumor Cell Lines Moscow University Biological Sciences Bulletin, V 70, №3, pp 127-131 (год публикации - 2015)

13. Любителев А.В., Кудряшова К.С., Михайлова М.С., Малюченко Н.В., Чертков О.В., Студитский В.М., Феофанов А.В., Кирпичников М.П. Change in conformation of linker DNA upon binding of histone Н1.5 to nucleosome: fluorescent microscopy of single complexes. Moscow University Biological Sciences Bulletin, Vol. 71, No. 2, 108-113 (год публикации - 2016)
10.3103/S0096392516020061

14. Шайтан А.К., Армеев Г.А., Гончаренко А., Журкин В.Б., Ландсман Д., Панченко А.Р. Coupling between histone conformations and DNA geometry in nucleosomes on a microsecond timescale: atomistic insights into nucleosome functions Journal of Molecular Biology, 1,428,221-237 (год публикации - 2016)
10.1016/j.jmb.2015.12.004

15. Феофанов А.В, Кудряшова К.С., Чертков О.В., Никитин Д.В., Пестов Н.А., Кулаева О.И., Студитский М.П., Кирпичников М.П. Analysis of nucleosome transcription using single-particle FRET Book of Abstracts INTERM2014 (The 2nd International Multidisciplinary Microscopy Congress),, Eds. E.K. Polychroniadis, A.Y. Oral, M. Ozer, 2014, P. 90. (год публикации - 2014)

16. Герасимова Н.С., Пестов Н.А., Кулаева О.И., Кларк Д.Д, Студитский В.М. Transcription-induced DNA supercoiling: New roles of intranucleosomal DNA loops in DNA repair and transcription Transcription, V. 7, N. 3, P. 91–95 (год публикации - 2016)
10.1080/21541264.2016.1182240

17. Кудряшова K., Чертков O., Никитин Д., Пестов Н., Кулаева О., Ефременко A., Солонин A., Кирпичников M., Студитский В., Феофанов A. Preparation of mononucleosomal templates for analysis of transcription with RNA polymerase using spFRET Methods in Molecular Biology, V. 1288, pp. 395-412. (год публикации - 2015)
10.1007/978-1-4939-2474-5_23

18. Валиева М., Феофанов А., Студитский В. Histone chaperones: variety and functions. Moscow University Biological Sciences Bulletin, Т. 71, С. 60-64 (год публикации - 2016)

19. Кудряшова К.С., Чертков О.В., Иванов Я.О., Студитский В.М., Феофанов А.В. Experimental setup for study of immobilized single nucleosomes using total internal reflection fluorescence microscopy. Moscow University Biological Sciences Bulletin, Vol. 71, No. 2, pp. 97-101 (год публикации - 2016)
10.3103/S0096392516020048

20. Армеев Г.А., Горковец Т.К., Ефимова Д.А., Шайтан К.В., Шайтан А.К. Modeling of DNA-protein complex structures using FRET and hydroxyl footprinting experimental data. Moscow University Biological Sciences Bulletin, 1,71,29-33 (год публикации - 2016)
10.3103/S0096392516010016

21. Феофанов А.В., Кудряшова К.С., Чертков О.В., Никитин Д.В., Пестов Н.А., Кулаева О.И., Студитский В.М., Кирпичников М.П. Analysis of nucleosome transcription using single-particle FRET Springer Proceedings in Physics, V.164, pp. 255-260 (год публикации - 2015)
10.1007/978-3-319-16919-4_33

22. Кудряшова К.С., Никитин Д.В., Чертков О.В., Герасимова Н.С., Валиева М.Е., Студитский В.М., Феофанов А.В. Development of Fluorescently Labeled Mononucleosomes for the Investigation of Transcription Mechanisms by Single Complex Microscopy. Moscow University Biological Sciences Bulletin, V. 70, No. 4, pp. 189–193. (год публикации - 2015)
10.3103/S0096392515040069

23. Студитский В., Низовцева Е., Шайтан А., Луз Д. Nucleosomal Barrier to Transcription: Structural Determinants and Changes in Chromatin Structure. Biochemistry & Mol Biology Journal, 2(2). pii: 8 (год публикации - 2016)
10.21767/2471-8084.100017

24. Феофанов А.В., Чертков О.В., Кудряшова К.С., Иванов Я.О., Студитский В.М., Кирпичников М.П. Single-particle FRET microscopy of immobilized nucleosomes: technique development. Springer Proceedings in Physics, v.186, p.17-23 (год публикации - 2017)
10.1007/978-3-319-46601-9_3

25. Гайкалова Д., Кулаева О., Волох О., Шайтан А., Хсиех Ф., Кирпичников М., Соколова О., Студитский В. Structural analysis of nucleosomal barrier to transcription. Proc Natl Acad Sci U S A, V. 112, №43, P. 5787-95 (год публикации - 2015)
10.1073/pnas.1508371112

26. Кудряшова К.С., Чертков О.В., Иванов Я.О., Студитский В.М., Феофанов А.В. Experimental setup for study of immobilized single nucleosomes using total internal reflection fluorescence microscopy Moscow University Biological Sciences Bulletin, v.71,issue 2, p.97-101 (год публикации - 2016)
10.3103/S0096392516020048

27. Валиева М., Герасимова Н., Кудряшова K., Козлова A., Кирпичников M., Ху К., Ботуян M., Мер Г., Феофанов A., Студитский В. Stabilization of nucleosome by histone tails and by FACT revealed by spFRET microscopy Cancers (год публикации - 2016)

28. Валиева М.Е., Армеев Г.А., Кудряшова К.С., Герасимова Н.С., Шайтан А.К., Кулаева О.И., МакКулоу Л.Л, Формоза Т., Георгиев П.Г., Кирпичников М.П., Студитский В.М., Феофанов А.В. Large-scale ATP-independent nucleosome unfolding by a histone chaperone Nature structural and molecular biology (год публикации - 2016)
10.1038/nsmb.3321

29. Любителев А.В., Никитин Д.В., Шайтан А.К., Студитский В.М., Кирпичников М.П. Linker histones structure and functions Biochemistry-Moscow, 81 (3), pp. 213-223 (год публикации - 2016)
10.1134/S0006297916030032

30. Г.А. Армеев, К.В. Шайтан, А.К. Шайтан Molecular Dynamics Study of the Ionic Environment and Electrical Characteristics of Nucleosomes Moscow University Biological Sciences Bulletin, Vol. 70, No. 4, pp. 173–176 (год публикации - 2015)
10.3103/S0096392515040033

31. Шайтан А.К., Армеев Г.А., Гончаренко А., Журкин В.Б., Ландсман Д., Панченко А.Р. Nucleosome Dynamics at Microsecond Timescale: DNA-Protein Interactions, Water-Mediated Interactions and Nucleosome Formation Biophysical Journal, 110,405A (год публикации - 2016)

32. Герасимова Н.С, Студитский В.М. Hydroxyl radical footprinting of fluorescently labeled DNA Moscow University Biological Sciences Bulletin, 71 (2), pp. 93-96 (год публикации - 2016)
10.3103/S0096392516020036

33. Печникова Е.В., Кирпичников М.П., Соколова О.С. Радиационные повреждения в криоэлектронной микроскопии: всегда ли во вред? Природа, №3, стр. 25-29 (год публикации - 2015)

34. Низовцева Е., Клаувелин Н., Тодоли С., Полыханов Ю., Кулаева O., Венгрзынек С., Ольсон В., Студитский В. Nucleosome-free DNA regions differentially affect distant communication in chromatin Nucleic Acids Research (год публикации - 2016)

35. Shaytan A.K., Armeev G.A., Goncearenco A., Zhurkin V.B., Landsman D., Panchenko A.R. Combined influence of linker DNA and histone tails on nucleosome dynamics as revealed by microsecond molecular dynamics simulations. Journal of Biomolecular Structure and Dynamics, 33:sup1, 3-3 (год публикации - 2015)
10.1080/07391102.2015.1032630

36. Пестов Н., Герасимова Н., Кулаева О., Студитский В. Structure of transcribed chromatin is a sensor of DNA damage Science Advances, V. 1, e1500021 (год публикации - 2015)
10.1126/sciadv.1500021

Публикации