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
в.н.с. к.ф-м.н, д.б.н. И. В. Кулаковский
с.н.с. к.б.н. И. А. Елисеева
н.с. к.б.н. Д. А. Мордовкина
н.с. к.б.н. К. С. Коляденко
м.н.с. к.б.н. Е. А. Смолин
н.с. к.б.н. Е. М. Согорина
инж. Е.А. Соболева
инж. Н.М. Гришина
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.