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 14-14-00072

НазваниеТрансляционный аппарат клетки как мишень ферментативной модификации

РуководительСергиев Петр Владимирович, Доктор химических наук

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

Период выполнения при поддержке РНФ 2017 г. - 2018 г. 

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

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

Ключевые словатрансляция, рибосома, модификация, метилирование, РНК, биосинтез белка, метилтрансфераза, мРНК, регуляция экспрессии генов

Код ГРНТИ34.15.15


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Трансляция остается одним из ключевых этапов экспрессии генов. Регуляция трансляции вносит значительный вклад в регуляцию экспрессии генов, в том числе и при различных патологиях. В последние годы наметился прорыв в области эпитранскриптомики. Эта молодая наука занимается изучением функциональной роли ферментативной модификации как кодирующих, так и некодирующих РНК. За последние 4 года по теме модификации РНК в мире опубликовано 6 статей в Cell, 10 статей в Nature и 3 статьи в Science, что доказывает высокий интерес научной общественности к теме модификации РНК. В заканчивающемся проекте наша группа завершила изучение бактериального аппарата ферментативной модификации трансляционного аппарата и создала решающий задел в исследовании ферментов млекопитающих, модифицирующих РНК. Основой для гранта продления решено было выбрать два гена, KIAA1456 и WBSCR27. Для обоих генов получены нокаутные линии клеток и мышей, созданы стабильные клеточные линии с регулируемой экспрессией химерных белков HA-KIAA1456 и HA-WBSCR27 для определения белковых и РНК партнеров исследуемых белков. Оба белка имеют потенциальную значимость для медицины. Известно (Begley U., et al. EMBO Mol Med (2013) 5, 366–383), что экспрессия KIAA1456 понижена в раковых клетках, а его эктопическая экспрессия снижает скорость пролиферации раковых клеток. Эти особенности позволяют назвать KIAA1456 возможным опухолевым супрессором. Ген WBSCR27 входит в состав участка генома человека, делетированного у больных наследственным заболеванием синдром Вильямса. Это заболевание проявляется в некоторой степени умственной отсталости, особенностях строения лица и нарушениях сердечно-сосудистой системы. За период выполнения проекта и предшествующие годы публикаций, перекрывающих приоритетный характер нашего проекта, не выявлено. Таким образом, проект сохраняет свою актуальность. В ходе продолжения работы, в случае продления гранта, планируется провести определение белковых партнеров исследуемых белков, найти РНК субстраты и изучить фенотип инактивации исследуемых генов, как на уровне клеточных линий, так и на уровне модельного организма – нокаутной мыши.

Ожидаемые результаты
Основной целью работы будет являться определение функциональной роли предположительных РНК метилтрансфераз мыши KIAA1456 и WBSCR27. Для достижения этой общей цели необходимо будет решить несколько отдельных задач. Во-первых, определить РНК субстраты изучаемых предположительных РНК-метилтрансфераз и подтвердить полученные результаты независимыми методами. Во-вторых, выявить белки-партнеры изучаемых предположительных РНК-метилтрансфераз и подтвердить полученные результаты независимыми методами. В-третьих, определить функциональную роль модификации РНК, производимой данными ферментами на молекулярном уровне и уровне организма.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Проект посвящен изучению системы модификации аппарата биосинтеза белка. В 2017 году наша группа занималась изучением предположительных РНК метилтрансфераз млекопитающих. Белок KIAA1456 это гомолог дрожжевой тРНК метилтрансферазы Trm9. Ранее в нашей работе создана клеточная линия, в геном которой внедрен ген химерного белка HA-KIAA1456-P2A-GFP. На этапе 2017 года определены белковые партнеры белка KIAA1456. Была получена линия мышей со сдвигом рамки считывания в области каталитического центра метилтрансферазы NSUN7. Также мы создали линию мышей, содержащих аффинный НА-эпитоп на N-конце белка NSUN7. Нам удалось успешно иммунопреципитировать HA-NSUN7 из семенников мыши.

 

Публикации

1. Евфратов С.А., Остерман И.А., Комарова Е.С., Погорельская А.М., Рубцова М.П., ​​Зацепин Т.С., Семашко Т.А., Кострюкова Е.С., Миронов А.А., Бурнаев Е., Крымова Е., Гельфанд М.С., Говорун В.М., Богданов А.А., Сергиев П.В., Донцова О.А. Application of sorting and next generation sequencing to study 5-UTR influence on translation efficiency in Escherichia coli Nucleic Acids Res., 45(6):3487-3502. (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1093/nar/gkw1141

2. Метелев М., Остерман И.А., Гиларов Д., Хабибуллина Н.Ф., Якимов А., Шабалин К., Уткина И., Травин Д.Ю., Комарова Е.С., Серебрякова М., Артамонова Т., Ходорковский М., Коневега А.Л., Сергиев П.В., Северинов К., Поликанов Ю.С. Klebsazolicin inhibits 70S ribosome by obstructing the peptide exit tunnel Nature Chemical Biology, 13(10):1129-1136. (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1038/nchembio.2462

3. Плетнев Ф., Остерман И., Нестерчук М., Серебрякова М., Рубцова М., Донцова О., Сергиев П. Functional role of ribosomal protein S6 oligoglutamylation in Escherichia coli FEBS JOURNAL, 284, 294-294 (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1111/febs.14174

4. Сергиев П.В., Евфратов С.А., Остерман И.А., Комарова Е.С., Погорельская А.М., Рубцова М.П., Кострюкова Е.С., Кабилов М.Р., Бурнаев Е.,Гельфанд М.С., Говорун В.М., Богданов А.А., Донцова О.А. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА FLOWSEQ ДЛЯ АНАЛИЗА ЭФФЕКТИВНОСТИ ТРАНСЛЯЦИИ БИБЛИОТЕК БАКТЕРИАЛЬНЫХ МРНК Acta Naturae, Спецвыпуск 1 – с. 16. (год публикации - 2017)

5. Сергиев П.В., Остерман И.А., Комарова Е.С., Богданов А.А., Донцова О.А. Поиск новых антибиотиков и изучение механизма их действия Acta Naturae, Спецвыпуск 2 – с. 154. (год публикации - 2017)

6. Чугунова А., Новолаев Т., Лосева Е., Плетнев Ф., Высоких М., Остерман И., Сергеева О., Сергиев П., Донцова О. LncRNA-encoded short peptide is a functionally important component of mitochondria FEBS JOURNAL, 284, 74 (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1111/febs.14171


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Основная задача данного проекта это исследование функции нескольких белков мыши, предположительно, по данным биоинформатического анализа, являющихся РНК метилтрансферазами. Белок KIAA1456 это гомолог дрожжевой тРНК метилтрансферазы Trm9. В геноме млекопитающих закодированы два гомолога Trm9. Кроме KIAA1456, заметным сходством с Trm9 обладает ALKBH8. В научной литературе описана функция ALKBH8, как белка, модифицирующего тРНК. Функция KIAA1456 неизвестна. В 2018 году нами определено, что внутриклеточная локализация KIAA1456 не зависит от фазы клеточного цикла. Были предприняты несколько попыток микроинъекции компонентов системы CRISPR/Cas9, направленных на инактивацию гена KIAA1456 при разрезании в области, соответствующей активному центру фермента, в зиготы мышей. Мы не добились рождения жизнеспособных мышей со сдвигом рамки считывания в области гена, соответствующей активному центру KIAA1456. Однако, с помощью направленного редактирования генома была создана линия мышей со вставкой НА довеска в KIAA1456 мыши. Ранее в ходе выполнения проекта с помощью иммунопреципитации HA-KIAA1456 из линии клеток было показано, что KIAA1456 совыделяется с TRMT112. В 2018 году, с помощью коэкспрессии генов KIAA1456 и TRMT112 в клетках E. coli было независимо доказано взаимодействие этих белков. Предположительная РНК метилтрансфераза млекопитающих WBSCR27 имеет сходство аминокислотной последовательности с другими РНК метилтрансферазами. Ее мишень, партнеры и функциональная роль пока не известны. Известно, однако, что ген WBSCR27 входит в состав области генома, которая делетирована у больных синдромом Вильямса, генетическим заболеванием, приводящим к умеренной умственной отсталости, аномалиям строения лица и ряду других проявлений. В рамках выполнения проекта в 2018 году получена линия мышей со сдвигом рамки считывания в области гена, соответствующей активному центру WBSCR27, а также линия мышей со вставкой НА довеска в WBSCR27. Мы пробовали определить партнеров белка WBSCR27 с помощью коиммунопреципитации в 2017 году и с помощью химических сшивок в 2018 году, но из-за низкого выхода сшивки и отсутствия совыделяющихся белков это оказалось невозможным. В качестве альтернативного метода поиска партнеров мы использовали метод BioID. Получены линии клеток с экспрессией генов белков BirA и WBSCR27-BirA. Определены белки, специфически биотинилирующиеся WBSCR27-BirA, но не BirA. РНК-метилтрансфераза NSUN7 это предположительная РНК C5-метилтрансфераза, которая синтезируется только в семенниках. Спонтанные мутации гена NSUN7, по данным литературы, приводят к снижению фертильности мужских особей млекопитающих. Высокая тканеспецифичность экспрессии гена NSUN7 накладывает серьезные ограничения на возможность использования клеточных линий для изучения подобного объекта. В рамках выполнения проекта в 2018 году созданы и отсеквенированы библиотеки РНК семенников мышей дикого типа и нокаутов по гену NSUN7 после бисульфитной конверсии. Проводится биоинформатический анализ полученных результатов.С помощью препаративной иммунопреципитации НА-NSUN7 из экстракта семенников мыши выявлены белки-партнеры NSUN7.

 

Публикации

1. Сергеева О. В., Бредихин Д.О., Нестерчук М.В., Серебрякова М.В., Сергиев П.В., Донцова О.А. Возможные функции белка YbgI бактерии Escherichia coli Биохимия, Sergeeva OV, Bredikhin DO, Nesterchuk MV, Serebryakova MV, Sergiev PV, Dontsova OA. Possible Role of Escherichia coli Protein YbgI. Biochemistry (Mosc). 2018 83:270-280. (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1134/S000629791803007

2. Анастасия Чугунова, Тимофей Новолаев, Ольга Донцова, Петр Сергиев Mining for Small Translated ORFs Journal of Proteome Research, Chugunova A, Navalayeu T, Dontsova O, Sergiev P. Mining for Small Translated ORFs. J Proteome Res. 2018 17:1-11. (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1021/acs.jproteome.7b00707

3. Петр Сергиев, Николай Аксашин, Анастасия Чугунова, Юрий Поликанов, Ольга Донцова S tructural and evolutionary insights into ribosomal RNA methylation Nat Chem Biol, Sergiev PV, Aleksashin NA, Chugunova AA, Polikanov YS, Dontsova OA. Structural and evolutionary insights into ribosomal RNA methylation. Nat Chem Biol. 2018 14:226-235. (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1038/nchembio.2569


Возможность практического использования результатов
Методы редактирования геномов мышей, примененные в данной работе, а также линии мышей и клеток, созданных в данной работе могут быть востребованы как модели заболеваний, например, бесплодия для линий с мутациями NSUN7.