Исследование роли белка HNRNPA2B1 в метаболизме R-петель, геномной стабильности и радиорезистентности.

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 22-65-00022

НазваниеИсследование роли белка HNRNPA2B1 в метаболизме R-петель, геномной стабильности и радиорезистентности.

Руководитель Рузов Алексей Сереевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" , г Москва

Конкурс №75 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по поручениям (указаниям) Президента Российской Федерации» (междисциплинарные проекты)

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

Ключевые слова R-петли, РНК/ДНК гибриды, РНК модификации, N6-метиладенозин, геномная стабильность, сплайсинг, эпитранскриптомика, эпигенетика, канцерогенез,радиочувствительность, радиорезистентность, радиационная биология

Код ГРНТИ34.00.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
R-петли представляют собой структуры, образованные РНК/ДНК гибридом и неспаренной одноцепочечной ДНК, которые участвуют в ряде важных биологических процессов в клетках млекопитающих. Хотя R-петли изначально рассматривались как вредный побочный продукт транскрипции, представляющий источник геномной нестабильности, ряд исследований предполагает, что эти структуры также могут кодировать регуляторную информацию более высокого порядка через взаимодействие со специфическими модификаторами хроматина и влияние на динамику метилирования промоторной ДНК в целом диапазоне биологических контекстов. Наши недавние результаты выдвинули на первый план РНК N6-метиладенозин (m6A) как неотъемлемый компонент R-петель, регулирующий их стабильность и вносящий вклад в различные аспекты их биологии. Вместе с последующими исследованиями других групп, эта работа открыла новые перспективы для изучения модификаций РНК как новых детерминант структуры и функции хроматина, представляющих собой дополнительный уровень эпигенетической регуляции экспрессии генов и стабильности генома. В нашем предыдущем исследовании мы показали, что m6A-связывающий белок, вовлеченый в процессы регуляции деградации мРНК, YTHDF2, взаимодействует с локусами, обогащенными R-петлями, и предотвращает накопление этих структур в делящихся клетках (Nat Genet., 2020). Более того, согласно нашим предварительным неопубликованным результатам, другой ядерный белок-"считыватель" m6A, участвующий в процессинге мРНК и альтернативном сплайсинге, гетерогенный ядерный рибонуклеопротеин A2/B1 (HNRNPA2B1), участвует (в кооперации с YTHDF2) в разрешении РНК/ДНК гибридов, которые накапливаются в интронных областях плюрипотентных клеток и клеток злокачественных опухолей человека. Важно отметить, что HNRNPA2B1 также связан с патогенезом различных видов рака. Так, согласно как ранее опубликованным исследованиям, так и нашим пилотным результатам, экспрессия этого фактора резко повышена в глиобластомах и, в особенно высокой степени, в некоторых детских опухолях головного мозга (медуллобластомах). Целью данного проекта является выяснение роли HNRNPA2B1 в разрешении R-петель и потенциального значения этой активности HNRNPA2B1 для патогенеза опухолей головного мозга человека, а также исследование влияния HNRNPA2B1 на радиочувствительность злокачественных клеток В частности, мы планируем (1) проверить, участвует ли HNRNPA2B1 в разрешении гибридов РНК/ДНК, которые накапливаются в интронных последовательностях в клетках человека; (2) выяснить функциональную роль взаимодействия HNRNPA2B1 с YTHDF2; (3) изучить, влияет ли активность HNRNPA2B1 в разрешении гибридов РНК/ДНК на альтернативный сплайсинг; (4) идентифицировать хеликазы, которые, вероятно, участвуют в HNRNPA2B1-зависимом разрешении R-петель;(5) изучить фенотипические последствия удаления HNRNPA2B1 в клеточных линиях глиобластом и медуллобластом; (6) изучить стабильность генома после удаления HNRNPA2B1 цитогенетическими методами в клеточных линиях глиобластом и медуллобластом; и (7) установить изменения в радиочувствительности или наоборот радиорезистентности после удаления HNRNPA2B1 в клеточных линиях глиобластом и медуллобластом. Белок HNRNPA2B1 - радиопротектор или радиосенсибилизатор? Предлагаемая программа исследований будет иметь важное значение для понимания ключевых механизмов поддержания целостности генома, процессинга РНК и альтернативного сплайсинга, а также патогенеза заболеваний, связанных с R-петлями. В частности, наши результаты могут быть использованы для разработки новых подходов к терапии и диагностике опухолей головного мозга человека, таких как глиобластомы и медуллобластомы. В результате исследования будут определены молекулярные мишени для эффективного действия новых фармпрепататов как для защиты населения и военнослужащих от радиационных воздействий (радиопротекторы), так и для усиления эффективности лучевой терапии злокачественных новообразований (радиосенсибилизаторов).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Жигалова Н.А., Олейникова К. Ю., Рузов А.С., Ермаков А.С. ФУНКЦИИ РНК N6-МЕТИЛАДЕНОЗИНА В КЛЕТОЧНОМ ЯДРЕ BIOCHEMISTRY (MOSCOW) (год публикации - 2024)

2. Волкова О.О., Шитяков С.В., Кравцов В. Ю Гетерогенный ядерный рибонуклеопротеин A2B1 (hnRNPA2B1) как патогенетически значимая лекарственная мишень для онкотерапии (молекулярный докинг иринотекана и доксициклина). Патогенез (год публикации - 2023)

3. Лубинец Н.С., Юсупов А.В., Кравцов В.Ю. "Ковидная эндотелиотека" в проверке гипотезы индукции нестабильности генома вирусом SARS-CoV-2 в эндотелии у переболевших COVID-19 Патогенез (год публикации - 2023)

4. Дутта К., Кравцов В., Олейникова К., Рузов А., Скорб Е.В., Шитяков С. Exploring the Impact of Single Nucleotide Polymorphisms on Stability and Function of hnRNPA2/B1 Protein: Implications for Design of Anticancer Therapeutics ACS Omega (год публикации - 2024)

5. Шитяков С, Кравцов В, Скорб Е.В., Носоновский М. Ergodicity Breaking and Self-Destruction of Cancer Cells by Induced Genome Chaos Entropy, Entropy 2024, 26(1) (год публикации - 2024)
10.3390/e26010037

6. Касми М, Фарид М.М., Али Х., Хан З., Шитяков С. Integrative multi-target analysis of Urtica dioica for gout arthritis treatment: a network pharmacology and clustering approach In Silico Pharmacol., In Silico Pharmacol. 12, 88 (2024) (год публикации - 2024)
10.1007/s40203-024-00254-9

7. Исакова А.М., Коваленко А.А., Скорб Е.В., Шитяков С. NeuroClick: Software for Mimicking Click Reaction to Generate Drug-Like Molecules Permeating the Blood–Brain Barrier Future Medicinal Chemistry, Future Medicinal Chemistry, Volume 16, 2024 - Issue 5, Pages 389-398 (год публикации - 2024)
10.4155/fmc-2023-0017

8. Шитяков С, Кравцов В Ergodic Manipulation of Genome Chaos: Innovative Strategies against Malignant Progression Current Cancer Drug Targets, Curr Cancer Drug Targets. 2025;25(9):1180-1186. (год публикации - 2025)
10.2174/0115680096379988250415094558

9. Волкова О, Кравцов В, Скорб Е.В, Смирнов Е. Effective Immobilization of hnRNPA2B1 Protein in a PEI Layer on a QCM Gold Electrode Langmuir , Langmuir 2025, 41, 8690−8702 (год публикации - 2025)
10.1021/acs.langmuir.4c05250

10. Олейникова К.Ю, Рузов А.С. Жигалова Н.А Genome mapping of RNA-DNA hybrids in Escherichia coli Microbiology, Microbiology 94, 629–632 (2025) (год публикации - 2025)
10.1134/S0026261724610364

11. Шитяков С., Носоновский М., Кравцов В., Скорб Е. Computational Modeling of Chromoanagenesis- or Chromothripsis-Induced SNPs in Anti- Apoptotic Genes: Their Impact on Protein Structure and Function Methods in Molecular Biology, Chromoanagenesis, Springer Nature (год публикации - 2025)

12. Аджаи И.И., Фатоки Т.Х., Алонге А.С, Балогун Т.С., Нвагве О.Р., Моге Г.М., Шитяков С In Silico ADME, Molecular Targets, Docking and Molecular Dynamics Simulation of Key Phytoconstituents of Lobelia inflata Journal of Computational Biophysics and Chemistry, J. Comput. Biophys. Chem. 2024, 1–15 (год публикации - 2024)
10.1142/S2737416524500480

13. Абакир А, Рузов А A model for a dual function of N6-methyladenosine in R-loop regulation Nature Genetics, Nat Genet 56, 1995–1998 (2024) (год публикации - 2024)
10.1038/s41588-024-01905-5

14. Шитяков С., Лубинец Н., Кравцов В Perspectives on Ergodic Anticancer Therapy Derived from Cloning Genome Chaos through In Vivo Rhabdomyosarcoma RA-2 Models: a Narrative Review Current Cancer Drug Targets, Current Cancer Drug Targets Published on: 08 November, 2024 DOI: 10.2174/0115680096319768241003060636 (год публикации - 2024)
10.2174/0115680096319768241003060636

15. Рузов А.С, Ермаков А.С. The non-canonical nucleotides and prebiotic evolution Biosystems , Biosystems. 248:105411 (год публикации - 2025)
10.1016/j.biosystems.2025.105411

16. Бабаринде И.А., Фу Х, Ма Г, Ли Ю, Олейникова К, Акинволе М.Т., Чжоу Х, Рузов А, Хатчинс А.П. Transposable element expression and sub-cellular dynamics during hPSC differentiation to endoderm, mesoderm, and ectoderm lineages Nature Communications, Nat Commun 16(1):7670. (год публикации - 2025)
10.1038/s41467-025-63080-3

17. Ермаков А.С. Nikolai Koltsov and his work, which anticipated many ideas in modern cellular and molecular biology, genetics, and epigenetics. Toward the 100th anniversary of the concept of template biosynthesis BioSystems, BioSystems, Volume 259, 105646 (год публикации - 2025)
10.1016/j.biosystems.2025.105646

18. Шитяков С, Носоновский М, Скорб Е.В., Кравцов В. Breaking Boundaries in Cancer Therapy: Harnessing Chromothripsisinduced Mutations for Targeted Bcl-2 Protein Destabilization Current Drug Discovery Technologies, Current Drug Discovery Technologies, Volume 23, Issue 1, 2026 (год публикации - 2025)
10.2174/0115701638381646250523115445

19. Шитяков С, Лубинец Н.С, Скорб Е, Скурихин Е.Г, Кравцов В.Ю. Targeted Anti-Inflammatory Effects of Chloramphenicol via TLR4 Inhibition in Postoperative Hemorrhoid Treatment: A Clinico-Computational Cohort Study Current Medicinal Chemistry, Curr Med Chem. 2025 Jul 31. doi: 10.2174/0109298673378981250710055128. (год публикации - 2025)
10.2174/0109298673378981250710055128

20. Афолаби С.О., Оебамиджи А.К., Акинола О.Т., Адекунле Д.О., Эрасуа Э.А., Оласейнде А.А., Оланреваю A.A, Эбенезер О., Кравцов В., Скорб Е., Шитяков С. Discovery of Polyphenolic Compounds from Mangifera indica as Potent Therapeutics for Strongyloides stercoralis Infection via Computer-aided Drug Design Current Computer - Aided Drug Design (Advances in Artificial Intelligence) , Curr Comput Aided Drug Des. 2025 Mar 21. doi: 10.2174/0115734099353596250313020805. Online ahead of print. (год публикации - 2025)
10.2174/0115734099353596250313020805

21. Олейникова К. Ю, Жигалова Н. А, Хатчинс Э. П, Рузов А. С. Тип клеток как один из основных факторов, определяющий распределение R-петель в геноме. Acta Naturae (год публикации - 2026)

22. Афолаби С.О, Ферстер Ц.Ю, Скорб Е.В, Шитяков С. Computational Modeling of Telomeric DNA–Protein Interactions: Comparing Palindromic and Non-Palindromic Sequence Recognition by hnRNP A2/B1 DNA Modifications: Methods and Protocols, 2nd edition in Methods of Molecular Biology series published by Springer Nature (год публикации - 2026)

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В ходе реализации проекта, были получены наборы данных ChIP m6A считывателей а также m6A/S9.6 DRIP и полнотранскриптомного сиквенса в клеточных линиях нокаутных по хеликазе DDX3X. Был произведен первичный анализ этих наборов данных и выявлено аномальное накопление R-петель в нокаутных линиях. Также были получены клеточные линии глиобластом и медуллобластом с нокаутом считывателя m6A HNRNPA2B1, и была начата первичная фенотипическая характеристика полученных клеточных линий. Совместно с партнерами из ИТМО, разработаны in silico и экспериментально протестированы in vitro радиомодуляторы, таргетные к HNRNPA2B1 и тест-система для определения лигандов (в том числе miRNA), связывающихся с HNRNPA2B1.

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В ходе реализации проекта, был продолжен анализ полногеномных ChIP и S9.6 DRIP а также полнотранскриптомных наборов данных в клеточных линиях нокаутных по кандидатной хеликазе DDX3X и их сравнение с наборами данных полученными на предыдущих стадиях проекта. На основании анализа этих данных высказано предположение о возможном наличии дополнительных механизмов дестабилизации различных классов R-петель. В дополнение к этому, тканеспецифичность значительного количества R-петель в различных опухолевых и нормальных клеточных системах привела нас к выводу о том, что клеточный тип является одним из важнейших факторов распределения R-петель в геноме. Эти наблюдения, вместе с данными о потенциальной двоякой функции m6A в регуляции R-петель (Abakir A, Ruzov A. (2024) Nat Genet. 56, 1995–1998.), в соответствии с которыми, эта модификация может либо стабилизировать, либо дестабилизировать ДНК-РНК гибриды в зависимости от клеточного контекста, заставили нас прийти к заключению, о том, что предложенная нами ранее модель регуляции R-петель HNRNPA2B1 и другими белками-считывателями должна быть существенно пересмотрена с учетом дополнительных экспериментальных данных. Параллельно, была продолжена фенотипическая характеристика клеточных линий глиобластом и медуллобластом с нокаутом считывателя m6A HNRNPA2B1. Эти эксперименты показали существенные различия в фенотипических последствиях удаления данного гена для двух проанализированных типов опухолей. Был проведен прескрининг и скрининг новых лигандов, высокоаффинных к белкам метаболизма R-петель, а также разработка нового лиганда, для которого предсказана способность проникать через гематоэнцефалический барьер и достигать клеток глиобластомы, что расширяет его терапевтический потенциал по сравнению с исходным соединением. Выполнены исследования экспрессии hnRNPA2B1 и присутствия метилированной m⁶A-РНК в модельных клеточных линиях глиобластомы, а также в фиксированном патоморфологическом материале из открытых коллекций. Изучены особенности ядерной и цитоплазматической локализации этих маркеров в опухолевых биоптатах разного происхождения, что позволило установить их связь с уровнем геномной нестабильности и характеристиками опухолевой популяции. Проведено тестирование лигандов, ингибирующих метилирование РНК, в сериях пассажей глиобластомы in vitro. Показано, что воздействие выбранных соединений приводит к снижению экспрессии hnRNPA2B1 и уменьшению содержания m⁶A-модифицированных транскриптов, что сопровождается достоверным снижением частоты хромоанагенеза, хромотрипсиса и хромоплексиса. На основании проведённых исследований определено развитие концепции антираковых препаратов R-петлевой таргетности, включающей эргостатики (стабилизирующие геном) и эргодинамики (дестабилизирующие геном опухолевых клеток). Расширен спектр R-петлевых белков, потенциально более значимых для противоопухолевой терапии и радиочувствительности, чем hnRNPA2B1, что формирует основу для дальнейшего развития направления. В завершение сформулированы предложения по транслированию разработанных лигандов, блокирующих метилирование РНК и ингибирующих hnRNPA2B1, в практическую медицину, включая рекомендации для персонализированной терапии опухолей с эпитранскриптомными нарушениями. Таким образом, полученные результаты подтвердили выдвинутые гипотезы и обеспечили научную, практическую и клиническую значимость реализованной работы.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта должны быть полезны и использованы (1) клиническими онкологами, (2) специалистами в области лечения других заболеваний связанных с R-петлями (аутоимунные и нейродегенеративные синдромы), (3) фармацевтическими и биотехнологическими компаниями. Выполненный проект открывает направление для фамакологии, нацеленной на разработку нетоксичных противоопухолевых препаратов R-петлевой таргетнсти, а также препаратов для восстановления онкопациентов после лучевой терапии. В качестве сырья для получения лекарственных лигандов рассматривается уникальная эндемическая флора РФ. То есть речь идет о созданиb новых фитопрепаратов высокой противораковой и противорадиационной эффективности для внутреннего потребления.