Группа регуляции биосинтеза белка
Дмитрий Николаевич Лябин
Кандидат биологических наук с 2008 г.
Доктор биологических наук с 2023 г.
Руководитель группы с 2020 г.
Лев Павлович Овчинников (1943 - 2020)
Кандидат биологических наук с 1969 г.
Доктор биологических наук с 1982 г.
Профессор Московского государственного университета с 1987 г.
Академик РАН с 1997 г.
Зам. директора по научной работе с 1988 по 2001 г.
Директор Института белка РАН с 2001 по 2015 г.
Руководитель группы с 1981 по 2020 г.
Сотрудники
д.б.н., к.ф-м.н. И. В. Кулаковский
к.б.н. И. А. Елисеева
к.б.н. К. С. Коляденко
к.б.н. Е. М. Согорина
инж. Е.А. Соболева
инж. Н.М. Гришина
Г. А. Мещеряков
Основные научные достижения
Важная роль в регуляции экспрессии генов у эукариот принадлежит белкам, ассоциированным с молекулами мРНК и входящим в состав цитоплазматических мРНП (информосом). Мы сосредоточили наше внимание на YB-1 – мажорном белке мРНП, ассоциированном с большинством мРНК. YB-1 связывается с молекулами мРНК во время их синтеза на хромосомах и сопровождает мРНК на протяжении всей их жизни. Этот белок взаимодействует не только с мРНК, но и с ДНК, и участвует практически во всех ДНК-зависимых процессах, включая репликацию, репарацию, рекомбинацию и транскрипцию.
- YB-1 упаковывает мРНК в мРНП, лабилизует вторичную структуру мРНК и ремоделирует мРНП, определяя трансляционный статус мРНК и регулируя время жизни мРНК в клетке, а также ее локализацию на внутриклеточном актиновом скелете.
- Мы показали, что YB‑1 взаимодействуют с 80-90% транскриптома клеток HEK293T. Однако нокаут гена YBX1 в клетках HEK293T не приводит к глобальным изменениям в транскриптоме и транслатоме благодаря повышению в клетках количества гомолога YB-1 – белка YB-3, который способен заменять YB-1 по крайней мере в РНК-зависимых функциях – в первую очередь, в трансляции. При этом белок YB-1 регулирует трансляцию и стабильность мРНК YB-3 за счет его прямого взаимодействия с нетранслируемыми областями этой мРНК.
- Переход YB-1 в клеточное ядро вызывается генотоксическим стрессом и обусловлен укорочением YB-1 с С-конца под действием 20S протеасомы. Кроме того, переход белка YB-1 в ядро может быть стимулирован не только повреждением ДНК, но и ингибированием РНК-полимеразы II, которое вызывает уменьшение количества мРНК в цитоплазме в сочетании со снижением уровня фосфорилирования YB-1 по Ser102. Нами было показано, что транспорт YB-1 в ядро осуществляется белком транспортином 1. Фосфорилирование белка YB-1 по Ser209 препятствует его транслокации в ядро. При этом ингибирующее действие фосфорилирования по S209 на транспорт YB-1 в ядро превалирует над стимулирующим действием фосфорилирования по S102.
- Являясь мажорным мРНК-связывающим белком, YB-1 принимает участие в сборке стресс-гранул (SG), а также участвует в формировании телец процессинга. Нами было показано, что YB-1 способствует разборке SG во время восстановления после окислительного стресса . Кроме того, избыточная экспрессия YB-1 дикого типа но, в меньшей степени, форм YB-1, дефектных в плавлении вторичной структуры нуклеиновых кислот, ингибирует сборку SG в клетках HeLa. Таким образом, благодаря своей способности плавить вторичную структуру мРНК YB-1 может ингибировать сборку SG в раковых клетках и упаковывать неактивные мРНК в развернутом состоянии, тем самым подготавливая мРНК к инициации трансляции.
- Синтез YB-1 находится под негативным контролем самого YB-1 и под позитивным контролем поли(А)-связывающего белка (PABP). Ингибирующее действие YB-1 на трансляцию собственной мРНК опосредовано её нетранслируемыми областями. Помимо YB-1 и PABP, в регуляции трансляции мРНК YB-1 может принимать участие белок гетерогенных ядерных мРНП Q (hnRNP Q). Усиливая взаимодействие YB-1 с 3’НТО мРНК YB-1 и ослабляя взаимодействие с ней PABP, hnRNP Q ингибирует трансляцию мРНК YB-1 в бесклеточной системе трансляции. Помимо этого, синтез белка YB-1 зависит от пролиферативного статуса клеток. Замедление клеточного деления приводит к снижению синтеза YB-1. Ключевую роль в этом играют активность mTOR-сигнального каскада и 5’ нетранслируемая область мРНК YB-1.
- Анализируя полногеномные данные по локализации стартов транскрипции, мы обнаружили, что ген YB-1 имеет альтернативный старт транскрипции в первом интроне. Экспериментально было проверено, что такой старт действительно активен и с него синтезируется трансляционно-активная мРНК. С такой альтернативной мРНК синтезируется укороченная с N-конца изоформа белка YB-1.
- Было обнаружено, что интраназальное введение белка YB-1 предотвращает ухудшение пространственной памяти у модельных животных с болезнью Альцгеймера. Введение белка YB-1 таким животным оказывает позитивный эффект на морфофункциональное состояние нейронов, увеличивая плотность нервных клеток и число нормально функционирующих нейронов, а также снижает уровень β-амилоида (основного белкового компонента бляшек при болезни Альцгеймера) в коре головного мозга и гиппокампе.
Помимо изучения свойств и функций Y-бокс-связывающего белка в группе занимаются и иными проблемами молекулярной биологии.
- Транскрипционно-трансляционная корегуляция в mTOR-опосредованной трансляционном ответе. Используя совместный анализ данных полногеномной локализации стартов транскрипции и данных по изменению (Ribo-Seq) трансляции при ингибировании mTOR сигнального каскада, мы обнаружили широкие и мультимодальные старты транскрипции для генов мРНК мишеней mTOR. Таким образом, значительная фракция мРНК мишеней mTOR не будет содержать ТОР-мотив и будет не чувствительна к ингибированию mTOR, что маловероятно. Полученные данные ставят под вопрос необходимость ТОР-мотива для mTOR-опосредованной регуляции трансляции.
- Транскрипционные факторы в промоторных областях мРНК-мишеней mTOR. Используя совместный анализ данных по локализации стартов транскрипции, изменения трансляции и сайтов связывания транскрипционных факторов, мы обнаружили, что промоторные области мРНК, чья трансляция снижается при ингибировании mTOR, обогащены сайтами связывания транскрипционных факторов семейств YY1 и E2F в окрестности старта транскрипции. Мы предполагаем, что эти факторы могут участвовать в точном позиционировании старта транскрипции или облегчать посадку регуляторных белков на мРНК.
- Негативный отбор мутаций в сайтах связывания транскрипционных факторов в раке. Анализируя соматические мутации в некодирующих областях генома, мы обнаружили, что для сайтов связывания многих транскрипционных факторов наблюдается меньшее число мутаций, как улучшающих, так и ухудшающих связывание соответствующего транскрипционного фактора в раковых клетках. Мы предполагаем, что такой негативный отбор может защищать раковые клетки от переписывания регуляторных путей.Связывание транскрипционных факторов семейства C/EBP провоцирует закрепление [C>T]G мутаций. Мы провели систематический анализ соматического мутагенеза в участках связывания белков-факторов транскрипции в раковых и соматических стволовых клетках. Мы обнаружили повышенную частоту мутагенеза динуклеотидов CG в сайтах связывания белков C/EBP, выдвинули гипотезу об увеличенной аффинности этих белков к неканоническим G-T спариваниям, возникающим после спонтанного дезаминирования метил-цитозина в динуклеотидах CG, и верифицировали эту гипотезу с помощью компьютерных симуляций и молекулярно-биологического эксперимента. Таким образом, C/EBP экранирует поврежденные CG динуклеотиды от действия системы репарации, что в свою очередь приводит к закреплению мутации в ходе клеточного деления.
Перспективы исследований
- Исследование методами высокопроизводительного секвенирования изменения в транскриптоме и транслатоме клеток, не экспрессирующих один или оба Y-бокс-связывающих белка (YB-1 и YB-3). Проверка гипотезы о функциональной взаимозаменяемости YB-1 и YB-3.
- Исследование механизмов ядерно-цитоплазматического транспорта YB-1.
- Исследование роли m6A-модификации мРНК в регуляции её трансляции.