Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ РАЗВИТИЯ им. Н.К. Кольцова РАН
Koltzov Institute of Developmental Biology of Russian Academy of Sciences

Группа структурно-функциональной организации эукариотических хромосом


Историческая справка

Лаборатория создана в Институте общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН в 2000 году д.б.н. М.В. Глазковым, с января 2007 г. Лаборатория переведена в ИБР РАН. В дальнейшем, в качестве группы, вошла в состав лаборатории РЕГУЛЯЦИИ МОРФОГЕНЕЗА.


Основное научное направление:

изучение структурно-функциональной организации эукариотических хромосом:
  • петельного уровня организации эукариотических хромосом;
  • организации генов в хромосомных доменах;
  • границ функциональных единиц эукариотических хромосом;

Основные научные достижения

Проведен подробный электронно-микроскопический анализ петельного уровня организации хромосом соматических и мейотических клеток; показано что в хромосомах животных имеется два типа «структурных» участков ДНК: первый тип – участки хромосомной ДНК, ассоциированные с ядерной оболочкой или с синаптонемным комплексом в мейотических клетках (участвуют в пространственной организации хромосом в ядре), и второй тип – участки хромосомной ДНК, вовлеченные в формирование розеткоподобных структур - элементарных хромомеров (участвуют в компактизации хромосомных доменов);

разработан метод препаративного выделения элементарных хромомеров из интерфазных хромосом;

показано, что розеткоподобные структуры интерфазных хромосом являются формой организации транскрипционно-неактивных генов в хромосоме;

изучена организация -генов иммуноглобулинов (ИГ) мыши в розеткоподобных структурах. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при локализации V и J -C экзонов в разных петлях розеток -гены ИГ функционально неактивны, тогда как функционально-активное состояние этих генов определяется их локализацией в одной петельной структуре хромосом;

показано, что в формирование розеткоподобных структур и в прикрепление хромосом к ядерной оболочке участвуют специфические ДНК-белковые взаимодействия.

Создана уникальная база данных и компьютерная программа (ftp.bionet.nsc.ru/pub/biology/chrclass/chrclass.zip) предсказания различных фрагментов хромосомной ДНК, предположительно участвующих в петельной организации хромосом: MARs/SARs; фрагменты хромосомной ДНК, выделенные из синаптонемного комплекса, из ядерной ламины/оболочки и из белковых сердцевин розеткоподобных структур;

предложена модель организации эукариотических генов в элементарных хромомерах;

На основе моделирования in silico, предложена модель петельной организации эукариотических генов при участии 3-х цепочечных структур ДНК (Н-форма ДНК). Эта модель была подтверждена экспериментально в системе in vitro на гене α1-антитрипсина человека. Используя моделирование in silico, продемонстрировано, что не только генные, но и другие области хромосомной ДНК (сателлитная ДНК, длинные и короткие диспергированные по геному повторы) могут компактизоваться при участии 3-х цепочечных структур ДНК.

На модельном объекте генетических исследований (Drosophila melanogaster) с использованием дигенной трансгенной системы, показана важная роль участков прикрепления интерфазных хромосом к ядерной оболочке в формировании домена независимой экспрессии (транс)генов. Эта роль подтверждена в экспериментах по моделированию функционирования генов теплового шока.


Публикации 2006–2016 гг.

  • Шабарина А.Н., Прилепа Е.И., Глазков М.В. Необычная нуклеотидная последовательность ДНК, выделенная из ядерных оболочек гепатоцитов мыши // Генетика. 2006. Т. 42. № 7. С. 879-886. Глазков М.В., Дрозд С.Ф., Головатенко-Абрамов П.К., Мартынова М.Ю., Нестерова А.П. Структура трансгена и выживаемость трансгенных зародышей мыши // Онтогенез. 2008. Т. 39. № 3. С. 1-5.
  • Глазков М.В. Интерфазная хромосома // Сборник «Кариология, кариосистематика и молекулярная систематика растений». 2009. С. 5-9. ООО «ПиФ.com». Санкт-Петербург.
  • Шабарина А.Н., Шостак Н.Г., Глазков М.В. Роль участков прикрепления хромосом к ядерной оболочке в функциональной организации эукариотических хромосом // Генетика. 2010. Т.46. № 9. С.1175-1177.
  • Глазков М.В. Петельная организация эукариотических хромосом и трехцепочечные структуры ДНК // Молекулярная биология. 2011. Т. 45. № 2. С. 294-306.
  • Шабарина А. Н, Глазков М. В. Участки прикрепления интерфазных хромосом к ядерной оболочке: барьерные элементы, но не инсуляторы // Генетика. 2012. Т. 48. № 8. С.1012-1016.
  • Шабарина А. Н, Глазков М. В. Барьерные элементы хроматиновых доменов генов и ядерная оболочка // Генетика. 2013. Т. 49. № 1. С.30-36.
  • Дрозд С.Ф., Сурков С.А., Глазков М.В. Некоторые характеристики трансгенных клонов ЭСК (R1) мыши // Известия РАН. Серия биол., 2016. No. 4. С. 341–347.
  • Glazkov M.V., Shabarina A.N.. Loop structures and barrier elements from D. melanogaster 87А7 heat shock locus // Computational Molecular Bioscience. 2016. V. 6. P. 53-65. DOI: 10.4236/cmb.2016.64005.

Патенты

  • Глазков М.В., Дрозд С.Ф., Сизова Т.В. Способ получения векторов для трансформации клеток животных и растений // Патент на изобретение. 2003. № 2213141.
  • Дрозд С.Ф., Глазков М.В., Шабарина А.Н. Способ количественного определения геномной ДНК из микрообразцов тканей млекопитающих // Патент на изобретение № 2358013. 2009.
  • Дрозд С.Ф., Глазков М.В., Шабарина А.Н., Мартынова М.Ю., Сломинский П.А. Способ определения числа копий трансгена в образце ДНК // Патент на изобретение № 2375458. 2009.

Руководитель –
доктор биологических наук,
Михаил Васильевич Глазков
тел.: +7-499-135-41-98
e-mail:glazkov@vigg.ru

Научные сотрудники:

  • Глазков Михаил Васильевич
  • Шабарина Анна Николаевна



Предполагаемая схема структурных переходов хромосомного домена ткане-специфичного гена из транскрипционно-неактивного (А) в транскрипционно-активное состояние (Б).


Компьютерное моделирование петельной организации в хромосомах человека 2-х линкированных генов (аполипопротеина AI и аполипопротеина СIII).

Локализация «комплементарных» треков полипуринов и полипиримидинов в генах AроAI и ApoCIII (А) , Б - возможные структуры хромосомного локуса, образующиеся в случае реализации ДНК-ДНК взаимодействий. «Открытые» прямоугольники – экзоны. Пунктиром соединены «комплементарные» треки. Двойные линии – триплексы ДНК. Два линкированных гена организованы в две независимые системы петель небольшого размера.


Схема петельной организации нереорганизованных (эмбриональных) (А) и реорганизованных (Б) генов каппа-иммуноглобулинов мыши в розеткоподобных структурах (экспериментальные данные).

В каждой из петель розеткоподобных структур содержится один из многочисленных эмбриональных Vk экзонов и Jk1-5 -Ck экзоны. Это делает невозможным синтез единого транскрипта. После реорганизации, все экзоны (один из многочисленных Vk экзонов), а также Jk и Ck экзоны оказываются в единой петельной структуре, что позволяет синтезировать единый транскрипт со всех 3-х экзонов.