Лаборатория молекулярной генетики

Александров Александр Иванович
Заведующий лабораторией
кандидат биологических наук
ИНБИ, корп. 2, комн. 308
Телефон +7 (495) 954-40-97
E-Mail alexvir@inbi.ras.ru

Основное

ОПИСАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЛАБОРАТОРИИ

Ключевые слова
дрожжи, амилоиды, гентингтон, прионы, старение, протеостаз, клеточная гибель, терминация трансляции, апоптоз, некроз

Направления исследований

  • Изучение эндогенных амилоидов дрожжей и моделирование амилоидных заболеваний человека в дрожжевой модели
  • Изучение факторов, влияющих на правильное сворачивание белков в клетке, а также различных не амилоидных белковых агрегатов
  • Систематическое исследование клеточной гибели дрожжей
  • Систематическое исследования изменения локализации и поклеточной гетерогенности уровня белков при старении в дрожжевой модели

Основные методы исследований

  • Молекулярная генетика дрожжей, в том числе работа с полногеномными коллекциями дрожжевых мутантов, создание новых мутантных линий с применением современных технологий генной инженерии (ПЦР, рестриктный анализ, электрофорез ДНК).
  • Биохимические методы анализа (электрофорез белков, аффинная хроматография, стандартное и ультра-центрифугирование, различные энзиматические методы)
  • Флуоресцентная микроскопия и проточная цитометрия

Краткая история лаборатории
Лаборатория молекулярной генетики, созданная и долгое время возглавляемая член-корр. РАН М.Д. Тер-Аванесяном, была организована в Кардиологическом научном центре АМН СССР в 1988 году. В 2011 году лаборатория почти в полном составе перешла в Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН. После смерти Михаила Давидовича в 2018 году, руководителем лаборатории стал к.б.н. Александр Иванович Александров.

Достижения

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

Основные достижения (с 2015 года):

  • Создан метод для исследования структуры укладки амилоидов, полученных из клеток дрожжей, основанный на частичном протеолизе амилоидов с помощью протеиназы К и последующей масс-спектрометрической идентификацией устойчивых пептидов. С помощью метода прокартированы структуры прионов белка Sup35 с различной структурой
    https://www.biorxiv.org/content/10.1101/604660v1?rss=1
  • Получены данные о влиянии белка Pub1 на эффективность терминации трансляции через его взаимодействие с рибосомами и белков Sup35 (eRF3)
    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28467675
  • Получены данные о защитной роли белков Pub1 и Upf1 в клетках, содержащих прион [PSI+]
    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30463309
  • На основе исследования агрегации и токсичности немутантного гентингтина в клетках дрожжей получены данные о существовании полимеризационных каскадов, которые могут играть роль в патогенезе различных амилоидных заболеваний
    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26673834
    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27220690
  • При систематическом исследовании релокализации белков в ответ на гиперосмотический стресс обнаружен феномен быстрой и обратимой агрегации различных белков, например, шаперонов и амилоидогенных белков, который указывает на структурированность цитоплазмы и наличие в ней крупных «твердых» областей, проницаемых для мономерных, но для олигомерных белков
    https://www.biorxiv.org/content/10.1101/562728v1
  • Разработан подход для быстрой микроскопии множества образцов клеточных суспензий без использования автоматизированной аппаратуры
    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30847282
  • Освоены и разработаны подходы для массового скрининга мутантов дрожжей на предмет увеличенной вероятности клеточной гибели и изучения их возраст-специфической остановки деления

Важные достижения до 2015 года:

  • Наиболее значительные достижения лаборатории связаны с исследованием прионных и неприонных амилоидов дрожжей. Показано, что фактор терминации трансляции дрожжей eRF3 проявляет свойства, характерные для прионных белков млекопитающих. В составе этого белка выявлены области, отвечающие за прионные свойства и активность в терминации трансляции.
  • Разработаны новые подходы к анализу структуры прионных частиц, предложен и экспериментально подтвержден механизм поддержания и размножения  прионов. Выяснена роль шаперона Hsp104 в репликации прионов дрожжей. Полученные данные позволили определить прионы как амилоиды, подверженные фрагментации.
  • Продемонстрировано и исследовано явление штаммовой вариабельности свойств прионов дрожжей. Установлены молекулярные основы барьеров при межвидовой передаче прионной инфекции.
  • Обнаружено явление взаимозависимости возникновения амилоидных агрегатов различных белков, что позволило выявить причину токсичности гентингтина человека для клеток дрожжей.
  • Впервые продемонстрировано, что аппарат терминации трансляции дрожжей вовлечен в контроль стабильности мРНК, и принимает участие в организации цитоскелета и регуляции клеточного цикла.
  • Обнаружены нонсенс кодон-неспецифичные  и -специфичные модуляторы эффективности терминации трансляции.

Сотрудники

СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

ФИО Ученая степень, звание Должность Место работы Городской телефон Внутренний телефон E-mail
1Александров
Александр Иванович
к.б.н.зав. лабораторией, н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 306(495) 954-40-97454alexvir@inbi.ras.ru
2Дергалев
Александр Андреевич
-м.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 306(495) 954-40-97454dergalioff@gmail.com
3Кушниров
Виталий Владимирович
д.б.н.в.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 308(495) 954-40-97454vkushnirov@inbi.ras.ru
4Митькевич
Ольга Владимировна
к.х.н.с.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 308(495) 954-40-97454mitkevich@inbi.ras.ru
5Ураков
Валерий Николаевич
к.б.н.с.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 306(495) 954-40-97454valery.urakov@gmail.com
6Фокина
Анастасия Владимировна
к.б.н.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 304(495) 954-40-97454a.fokina@gmail.com

Оборудование и Коллекции

УНИКАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ


Название оборудования/ коллекции Место нахождения
1 Механическая станция дозирования в 96/384 луночные планшеты (2-220 мкл) (Gilson Platemaster) ИНБИ, корп. 2, комн. 308
2 Имиджер для визуализации флуоресценции (УФ) и хемилюминисценции (Vilber Lourmat) ИНБИ, корп. 2, комн. 308
3 Настольная ультрацентрифуга Beckman Optima MAX-XP ИНБИ, корп. 2, комн. 308
4 Флуоресцентный микроскоп Zeiss Axioskop 40 ИНБИ, корп. 2, комн. 308
5 Систематическая коллекция дрожжей, содержащих белки, меченные зеленым флуоресцентным белком c С-конца (GFP) (4159 штаммов) ИНБИ, корп. 2, комн. 308
6 Систематическая коллекция дрожжей, содержащих делеции не жизненно важных генов (Yeast Knock-out Collection)  (~4500 штаммов) ИНБИ, корп. 2, комн. 308
7 Систематическая коллекция штаммов, содержащих сниженную продукцию жизненно важных белков (DAMP) (~900 штаммов) ИНБИ, корп. 2, комн. 308
8 Систематическая коллекция штаммов, содержащих охарактеризованные термочувствительные аллели в жизненно важных генах (Yeast ts-collection) (~900 штаммов) ИНБИ, корп. 2, комн. 308
9 Систематическая коллекция мутантов содержащих жизненно важные гены под контролем промотора репрессируемого доксициклином (Yeast Tet-off collection) (~900 штаммов) ИНБИ, корп. 2, комн. 308
10 Обширная коллекция штаммов, полученных в ходе всей истории работы лаборатории ИНБИ, корп. 2, комн. 308

Публикации

ЗНАЧИМЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

Значимые публикации с 2012 года:

  1. Mitkevich, O. V., Kochneva-Pervukhova, N. V., Surina, E. R., Benevolensky, S. V., Kushnirov, V. V. and Ter-Avanesyan, M. D. (2012). DNA aptamers detecting generic amyloid epitopes. Prion 6, 400–406
  2. Alexandrov A.I., Polyanskaya A.B., Serpionov G.V., Ter-Avanesyan M.D., Kushnirov V.V. The effects of amino acid composition of glutamine-rich domains on amyloid formation and fragmentation// PLoS ONE. 2012. 7(10): e46458. doi:10.1371/journal.pone.0046458
  3. Kochneva-Pervukhova N.V., Alexandrov A.I., Ter-Avanesyan M.D. Amyloid-mediated sequestration of essential proteins contributes to mutant huntingtin toxicity in yeast// PLoS ONE. 2012. 7(1): e29832 doi:10.1371/journal.pone.0029832
  4. Alexandrov AI, Ter-Avanesyan MD. Could yeast prion domains originate from polyQ/N tracts?// Prion 2013; 7:209 — 214; doi:10.4161/pri.24628
  5. Agaphonov, M., Alexandrov, A. Self-excising integrative yeast plasmid vectors containing an intronated recombinase gene.// FEMS Yeast Research 2014. doi:10.1111/1567-1364.12197
  6. Nizhnikov, A., Alexandrov, A., Ryzhova, T., Mitkevich, O., Dergalev, A., Ter-Avanesyan, M., Galkin, A. Proteomic Screening for Amyloid Proteins.// PloS One 2014, 9(12), e116003. doi:10.1371/journal.pone.0116003
  7. Serpionov GV, Alexandrov AI, Antonenko YN, Ter-Avanesyan MD. A protein polymerization cascade mediates toxicity of non-pathological human huntingtin in yeast.// Sci Rep 2015; 5:18407
  8. Fokina, A. V., Chechenova, M. B., Karginov, A. V., Ter-Avanesyan, M. D. and Agaphonov, M. O. (2015). Genetic Evidence for the Role of the Vacuole in Supplying Secretory Organelles with Ca2+ in Hansenula polymorpha. PLoS One 10, e0145915
  9. Alexandrov AI, Serpionov GV, Kushnirov VV, Ter-Avanesyan MD. Wild type huntingtin toxicity in yeast: implications for the role of amyloid cross-seeding in polyQ diseases.// Prion 2016; 10(3):221-7; doi: 10.1080/19336896.2016.1176659
  10. Serpionov G V., Alexandrov AI, Ter-Avanesyan MD (2016) Distinct mechanisms of mutant huntingtin toxicity in different yeast strains. FEMS Yeast Research: fow102. doi:10.1093/femsyr/fow102
  11. Urakov, V. N., Mitkevich, O. V, Safenkova, I. V and Ter-Avanesyan, M. D. (2017). Ribosome-bound Pub1 modulates stop codon decoding during translation termination  in yeast. FEBS J. 284, 1914–1930
  12. E Keinan, Ayelet-Chen Abraham , A Cohen , A Alexandrov, R Mintz , M Cohen, D Reichmann , D Kaganovich, Y Nahmias  (2018) High-Reynolds Microfluidic Sorting of Large Yeast Populations. Scientific Reports
  13. Anisimova, A.S., Alexandrov, A.I., Makarova, N.E., Gladyshev, V.N., and Dmitriev, S.E. (2018). Protein synthesis and quality control in aging. Aging (Albany. NY). 10, 4269–4288
  14. Karginov, A. V, Fokina, A. V, Kang, H. A., Kalebina, T. S., Sabirzyanova, T. A., Ter-Avanesyan, M. D. and Agaphonov, M. O. (2018). Dissection of differential vanadate sensitivity in two Ogataea species links protein glycosylation and phosphate transport regulation. Sci. Rep. 8, 16428
  15. Urakov, V. N., Mitkevich, O. V, Dergalev, A. A. and Ter-Avanesyan, M. D. (2018). The Pub1 and Upf1 Proteins Act in Concert to Protect Yeast from Toxicity of the [PSI(+)] Prion. Int. J. Mol. Sci. 19
  16. Alexandrov AI, Dergalev AA.  (2019). Increasing throughput of manual microscopy of cell suspensions using solid medium pads. MethodsX. Accepted for publication
  17. Alexandrov AI et al. (2019) Analysis of novel hyperosmotic shock response suggests «beads in liquid» cytosol structure. Препринт — https://www.biorxiv.org/content/10.1101/562728v1

Диссертации

ЗАЩИЩЕННЫЕ ДИССЕРТАЦИИ
Диссертант Диссертация Тема работы Научный руководитель/ консультант Год защиты
1 Серпионов Г.В. кандидатская Роль взаимодействий между амилоидогенными белками в возникновении и токсичности амилоидов гентингтина человека у дрожжей Saccharomyces cerevisiae Александров А.И. 2019
2 Фокина А.В. кандидатская Генетический контроль гомеостаза ионов кальция у дрожжей рода Ogaeta Агафонов М.О. 2012
3 Александров А.И. кандидатская Факторы, влияющие на фрагментацию и токсичность амилоидных полимеров в клетках дрожжей Кушниров В.В. 2012
4 Афанасьева Е.Г. кандидатская Молекулярные механизмы межвидовых барьеров в передаче прионного состояния у дрожжей Кушниров В.В. 2011
5 Кушниров В.В. докторская Прионные и неприонные амилоиды: изучение в дрожжевой модели Тер-Аванесян М.Д. 2008
6 Фоминов Г.В. кандидатская Генетический анализ роли гликозилфосфатидилинозита в биогенезе клеточной стенки и сворачивании секретируемых белков дрожжей Saccharomyces cerevisiae Тер-Аванесян М.Д. 2006
7 Александров И.М. кандидатская Исследование полимеризации прионных белков in vivo методом полуденатурирующего электрофореза Кушниров В.В. 2006
8 Вишневская А.Б. кандидатская Прионные и неприонные амилоиды дрожжей Saccharomyces cerevisiae Кушниров В.В. 2006
9 Шкундина И.С. кандидатская Роль аминокислотных повторов прионного домена белка Sup35 в вариабельности цитоплазматического детерминанта [PSI+] Saccharomyces cerevisiae Тер-Аванесян М.Д. 2006
10 Крындушкин Д.С. кандидатская Прионный детерминант [PSI+ ] дрожжей Saccharomyces cerevisiae: структурная организация и механизмы поддержания Тер-Аванесян М.Д. 2004
11 Романова Н.В. кандидатская Факторы, влияющие на эффективность секреции рекомбинантного активатора плазминогена урокиназного типа клетками дрожжей Агафонов М.О. 2004
12 Чеченова М.Б. кандидатская α-субъединица комплекса COPI дрожжей Hansenula polymorpha: структурно-функциональная организация и роль в гомеостазе кальция Тер-Аванесян М.Д. 2004
13 Валуев И.А. . кандидатская Неканонический функции факторов терминации трансляции eRF1и eRF3 у дрожжей Saccharomyces cerevisiae Тер-Аванесян М.Д. 2003
14 Кочнева-Первухова Н.В. кандидатская Прионный детерминант [PSI+] дрожжей Saccharomyces cerevisiae: факторы, влияющие на индукцию de novo и поддержание Тер-Аванесян М.Д. 2000
15 Пакайзер А.Н. кандидатская Клонирование и характеристика генов, вовлеченных в регуляцию биосинтеза клеточной стенки дрожжей Тер-Аванесян М.Д. 2000
16 Паушкин С.В. кандидатская Пироноподобный детерминант [PSI+] дрожжей Saccharomyces cerevisiae: механизм репликации и роль в терминации трансляции Тер-Аванесян М.Д. 1998
17 Агафонов М.О. кандидатская Система «вектор-хозяин» для экспрессии гетерологичных секретируемых белков в клетках дрожжей Hansenula polymorpha Тер-Аванесян М.Д. 1998
18 Богданова А.И. кандидатская Поведение плазмид в клетках метилотрофных дрожжей Hansenula polymorpha Тер-Аванесян М.Д. 1997
19 Дагкесаманская А.Р. кандидатская Взаимодействие омнипотентных супрессоров SUP35 и SUP45 с цитоплазматическими детерминантами у дрожжей Saccharomyces cerevisiae Тер-Аванесян М.Д. 1993
20 Дидиченко С.А. кандидатская Идентификация и внутриклеточная локализация продуктов генов SUP35 и SUP45, контролирующих точность трансляции у дрожжей Saccharomyces cerevisiae Тер-Аванесян М.Д. 1992
21 Кушниров В.В. кандидатская Структура и функциональная организация гена SUP2, контролирующего точность трансляции у дрожжей Тер-Аванесян М.Д. 1990
22 Ураков В.Н. кандидатская Гетерологичная экспрессия и секреция чужеродных белков клетками дрожжей Saccharomyces cerevisiae Тер-Аванесян М.Д. 1990

Награды

НАГРАДЫ, ПРЕМИИ, ОТЛИЧИЯ, БЛАГОДАРНОСТИ (за научную и научно-организационную деятельность)
Сотрудники Вид премии/ награды Наименование премии/ награды Год присуждения
1 Тер-Аванесян М.Д. Премия РАН имени А.Н. Баха За цикл работ «Прионные и неприонные амилоиды дрожжей: возникновение, свойства, моделирование нейродегенеративных заболеваний» 2014