Обогащённые промоторами участки бактериальных геномов как возможные продуценты сигнальных и регуляторных олигонуклеотидов

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 14-14-00985

НазваниеОбогащённые промоторами участки бактериальных геномов как возможные продуценты сигнальных и регуляторных олигонуклеотидов

Руководитель Озолинь Ольга Николаевна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биофизики клетки Российской академии наук , Московская обл

Конкурс №1 - Конкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-201 - Структурная, функциональная и эволюционная геномика

Ключевые слова структурно-функциональная организация геномов, промоторы, абортивный синтез, нетранслируемые РНК, регуляция генной экспрессии, секреция РНК

Код ГРНТИ34.15.25

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Переход геномных исследований от изучения отдельных генов к масштабному анализу геномов существенно обогатил наши знания о механизмах генной экспрессии. Наиболее значимым, по-видимому, является обнаружение множества нетранслируемых РНК с не всегда понятными функциями. Самыми изученными из них являются антисмысловые (aRNA) и малые регуляторные (sRNA) РНК длиной от нескольких десятков до нескольких сотен нуклеотидов. Они образуют комплементарные дуплексы с матричными РНК и влияют на их трансляцию или стабильность у всех организмов. Самой многочисленной является группа малых интерферирующих РНК, включающая 4 типа молекул почти стандартного размера (~21-25 н), немного отличающихся по способу появления в клетках и механизму действия. Из них лучше всего изучены двухцепочечные микроРНК, кодируемые специальными генами и «нарезаемые» из длинных РНК-предшественников РНКазами третьего класса Drosha и Dicer. В виде нуклеопротеиновых комплексов RISC одна из цепей этих RNA участвует в гидролизе РНК, имеющих мотивы, комплементарные её 5’-концу, а в виде двухнитевых молекул они могут влиять на транскрипцию ряда генов. Продукты, похожие на микроРНК у бактерий, пока зарегистрированы только одной группой авторов (Lee & Hong, FEMS ML, 2011, 326, 131), но опосредованная короткими РНК интерференция используется микроорганизмами в виде своеобразной иммунной системы CRISPR. Наименее понятна роль РНК длиной 13-26 нуклеотидов, которые часто синтезируются РНК-полимеразой, находящейся в состоянии паузы, с промоторов обычных генов. Их называют tiRNAs (tiny, transcription initiation) или tssRNA (transcription start site associated). От абортивных РНК длиной 2-17 нуклеотидов, обычно синтезируемых на последней стадии инициации бактериальной транскрипции, их отличает только размер. Есть основания думать, что эти РНК играют некоторую роль в эпигенетической регуляции у высших организмов, а короткие олигонуклеотиды могут праймировать синтез РНК на некоторых промоторах. Т.е. полногеномный скрининг выявил широкий спектр новых регуляторов, актуальность изучения которых стала особенно очевидной в связи с обнаружением способности клеток секретировать короткие РНК. А это означает, что удивительная стабильность бактериальных сообществ, в том числе населяющих наш кишечный тракт, может поддерживаться системой внутри- и межвидовых коммуникаций с участием этих молекул. В данном Проекте мы предлагаем исследовать регуляторный и сигнальный потенциал коротких РНК, синтезируемых в клетках кишечной палочки (E.coli). В её геноме мы нашли 78 необычных участков («промоторных островков»), как будто специально для этого предназначенных. Первоначально они были обнаружены методом компьютерного поиска. В рамках проекта РФФИ (№ 10-04-01218) было установлено, что «островки» формируют «открытые» комплексы с РНК-полимеразой in vitro и in vivo, но синтез, как правило, ограничивается короткими (≤16 оснований) олигонуклеотидами, а синтез нормальных РНК с «островков» подавляется регуляторными системами бактерий. Так как почти все «островки» находятся рядом с генами, приобретёнными кишечной палочкой в результате горизонтального переноса, а большинство таких генов бесполезны или даже токсичны для E.coli, то такая супрессия представлялась вполне разумной. Поэтому в рамках действующего проекта РФФИ (13-04-00997) мы начали изучение механизма формирования «островков» рядом с чужими генами и надеемся понять их эволюционное значение. В рамках нового Проекта мы предлагаем исследовать возможность функционирования «островков» в качестве особых «фабрик» для производства коротких РНК. Ключевыми задачами являются: идентификация всех присутствующих в клетках РНК длиной 9-25 нуклеотидов и оценка вклада в это множество «островковых» РНК. Первичную информацию об участии коротких РНК в регуляторных процессах мы планируем получить, исследовав их способность взаимодействовать с клеточными белками, а сигнальную – по интенсивности секреции в чистых и смешанных культурах.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Быков А.А., Шавкунов К.С., Панюков В.В., Озолинь О.Н. Белок бактериального нуклеоида Dps связывается со структурированными РНК Математическая биология и биоинформатика, Т. 11. No 2. С. 311 – 322 (год публикации - 2016)
10.17537/2016.11.311

2. В.В. Мелехов, У.С. Швырева, А.А. Тимченко, М.Н. Тутукина, Е.В. Преображенская, Д.В. Буркова, В.Г. Артюхов, О.Н. Озолинь, С.С. Антипов Modes of Escherichia coli Dps Interaction with DNA as Revealed by Atomic Force Microscopy PLoS One, 10(5): e0126504 (год публикации - 2015)
10.1371/journal.pone.0126504

3. Масулис И.С., Бабаева З.Ш., Чернышов С. В., Озолинь О. Н. Visualizing the activity of Escherichia coli divergent promoters and probing their dependence on superhelical density using dual-colour fluorescent reporter vector Scientific reports, 5:11449 (год публикации - 2015)
10.1038/srep11449

4. Киселев С.С., Озолинь О.Н., Глазунова О.А., Панюков В.В., Шавкунов К.С. Novel elements of bacterial genomes – promoter islands: intraspecies polymorphism and sequence stability Current Bioinformatics (год публикации - 2016)

5. Антипов С.С., Тутукана М.Н., Преображенская Е.В., Кондрашов Ф.А., Патрушев М.В., Тощаков С.В., Доминова И., Швырева У.С., Врублевская В.В., Моренков О.С., Сухаричева Н.А., Панюков В.В., Озолинь О.Н. The nucleoid protein Dps binds genomic DNA of Escherichia coli in a non-random manner PLoS One, 12(8): e0182800 (год публикации - 2017)
10.1371/journal.pone.0182800

6. М.Н. Тутукина, У.С. Швырева, О.Н. Озолинь Суперпродукция основного архитектурного фактора бактериального нуклеоида H-NS и оценка его функциональной активности Сорбционные и хроматографические процессы, 15(3) 435-442 (год публикации - 2015)

7. У.С. Швырева, М.Н. Тутукина, О.Н. Озолинь «Промоторные островки» генома E.coli как мишени для сорбции ферментов процессинга РНК Сорбционные и хроматографические процессы, 15(4)б стр. 586-594 (год публикации - 2015)

8. Н.Ю. Маркелова, И.С. Масулис, О.Н. Озолинь REP-элементы генома Escherichia coli и сигналы транскрипции: позиционный и функциональный анализ Математическая биологий и биоинформатика, 10(1):245-259 (год публикации - 2015)
10.17537/2015.10.245

9. Н.А. Сухаричева, С.С. Киселев, О.Н. Озолинь, И.С. Масулис Вариабельность транскрипционного ландшафта межгенной области oppA-oppB у бактерий по данным компьютерного предсказания потенциальных стартов синтеза РНК Математическая биологий и биоинформатика, 10(2):294-308 (год публикации - 2015)
10.17537/2015.10.294

10. Антипов С.С. Тутукина М.Н., Преображенаская Е.В., Кондрашов Ф.А., Патрушев М.В., Тощаков С.В., Доминова И., Швырева У.С., Врублевская В.В., Моренков О.С., Сухаричева Н.А., Панюков В.В., Озолинь О.Н. The Nucleoid Protein Dps Binds Genomic DNA of Escherichia coli in a Non-random Manner PLoS One (год публикации - 2017)

11. С.Ю. Турищев, С.С. Антипов, Н.В. Новолокина, О.А. Чувенкова, Е.В. Преображенская, Р. Овсянников, Б.В. Сеньковский, О.Н. Озолинь, Э.П. Домашевская Синхротронные XANES исследования в мягком рентгеновском диапазоне гибридного наноматериала бактериоферритина Dps Биофизика, том 61, вып. 5, c. 837–843 (год публикации - 2016)

12. Киселев С.С., Озолинь О.Н., Глазунова О.А., Панюков В.В., Шавекунов К.С. Novel Elements of Bacterial Genomes – Promoter Islands: Intraspecies Polymorphism and Sequence Stability Current Bioinformatics, 12(3), 194-201 (год публикации - 2017)
10.2174/1574893612666170321144558

13. О.А. Глазунова, С.С. Киселев, К.С. Шавкунов, А.А. Быков, В.В. Панюков, О.Н. Озолинь «Промоторные островки» в геноме E.coli: сравнительный анализ с АТ-богатыми последовательностями Mathematical Biology and Bioinformatics, 9(2), 564-575; engl. V. 10. P. t29–t38 (год публикации - 2014)
10.17537/2015.10.t29

14. Тутукина М.Н., Пуртов Ю.А., Швырева У.С., Быков А.А., Шавкунов К.С., Глазунова О.А., Озолинь О.Н. Полинуклеотид фосфорилаза Pnp и экзонуклеаза Rnr Escherichia coli, выделенные специфической сорбцией на нуклеиновые кислоты, процессируют РНК-продукты «промоторных островков» Сорбционные и хроматографические процессы, Т. 16, № 6, Стр. 924-932 (год публикации - 2016)

15. Туpищев C.Ю., Антипов C.C., Новолокина Н.В., Чувенкова О.А., МелеxовВ.В., Овcянников P., Cеньковcкий Б.В., Тимченко А.А., Озолинь О.Н., Домашевcкая Э.П. Cинхротронные исследования в мягком рентгеновском диапазоне зарядового состояния ионов железа в ферригидритном ядре ферритина Dps Escherichia coli Биофизика, Том 61, вып. 5, c. 837–843 (год публикации - 2016)

16. Беccонова Т.А., Шумейко C.А., Пуpтов Ю.А., Антипов C.C., Пpеобpаженcкая Е.В., Тутукина М.Н., Озолинь О.Н. Гексуронаты влияют но олигомерную форму структурного белка бактериального нуклеоида Dps и его способность связываться с линейными фрагментами ДНК Биофизика, Том 61, вып. 6, c. 1059–1067 (год публикации - 2016)

17. Шавкунов К.С., Глазунова О.А., Нейхаус К., Хуптас К., Шерер З., Озолинь О.Н. Gut microbes from a 50 000 year-old bison from the permafrost: recovery, specification and genome sequencing FEMS Microbiology Ecology (год публикации - 2016)

18. И.С. Масулис, З.Ш. Бабаева, С.В. Чернышов, О.Н. Озолинь Visualizing activity of Escherichia coli divergent promoters and probing their dependence on superhelical density using dual-color fluorescent reporter vector Scientific Reports, V. 5: 11449. (год публикации - 2015)
10.1038/srep11449

19. Швырева У., Тутукина М., Озолинь О. Роль дополнительных промоторов в регуляции гена dps в клетках E.coli LAP LAMBERT Academic Publishing (год публикации - 2016)

20. В.В. Мелехов, У.С. Швырева, A.A. Timchenko, E.V. Preobrazhenskaya, D.V. Burkova, V.G. Artiukhov, O.N. Ozoline, S.S. Antipov Modes of Bacterioferritin Dps Interaction with DNA as Revealed by Atomic Force Microscopy PLoS One, 10(5):e0126504 (год публикации - 2015)
10.1371/journal.pone.0126504

21. С. Антипов, С. Турищев, Ю. Пуртов, У. Швырева, А. Сигнльников, Ю. Семов, Е. Преображенская, А. Бережной, Н. Шушарина, Н. Новолокина, В. Вахтель, В. Артюхов, О. Озолинь The Oligomeric Form of the Escherichia coli Dps Protein Depends on the Availability of Iron Ions Molecules, 22, 1904 (год публикации - 2017)
10.3390/molecules22111904

22. Глазунова О.А., Шавкунов К.С., Тутукина М.Н., Панюков В.В., Озолинь О.Н. Интеграция чужеродного генетического материала провоцирует локальный мутагенез в геноме бактерии-реципиента Математическая биология и биоинформатика, Т. 11. № 2. С. 394–405 (год публикации - 2016)
10.17537/2016.11.394

Публикации