Лаборатория структурных исследований аппарата трансляции

Алексей Донатович Никулин

Руководитель лаборатории с 2016 г.

Кандидат химических наук с 2000 г.
Доктор химических наук с 2019 г.
Зам. директора по научной работе с 2015 г.

Мария Борисовна Гарбер

Руководитель группы препаративной биохимии белков с 1968 г.
Заведующая лабораторией с 1998 по 2016 г.

Кандидат биологических наук c 1977 г.
Доктор биологических наук с 1996 г.
Профессор молекулярной биологии с 1997 г.

Сотрудники

д.б.н. С. В. Тищенко
к.б.н. А. П. Корепанов
к.б.н. О. С. Костарева
к.б.н. О. С. Никонов
к.б.н. Е. Ю. Никонова
к.б.н. Е. А. Столбоушкина
к.б.н. А. В. Коробейникова
к.б.н. У. Ф. Джус
к.б.н. А. О. Михайлина
к.б.н. Е. М. Максимова

Основные научные достижения

Главной тематикой лаборатории с 80-х годов прошлого века было исследование структур компонентов белок-синтезирующей системы. Наиболее важными достижениями стало получение пригодных к рентгеноструктурным исследованиям кристаллов фактора элонгации EF-G, 70S рибосом и 30S рибосомных субчастиц, выделенных из экстремально термофильной бактерии Thermus thermophilus. Данные по кристаллам рибосом легли в основу работ ряда зарубежных лабораторий по определению структуры 70S рибосом и 30S рибосомных субчастиц T. thermophilus, которые были отмечены Нобелевской премией по химии 2009 г. Пространственная структура фактора элонгации EF-G была определена нашей группой совместно с лабораторией А. Лильяса (Лунд, Швеция) и стала первым примером мимикрии белком структуры тРНК.

В 90-ые годы совместно с Группой структурных исследований рибосомных белков и в сотрудничестве с коллегами из Швеции, Австрии и Франции были определены структуры ряда рибосомных белков и их комплексов со специфическими фрагментами рибосомных РНК. Структуры пяти комплексов различных рибосомных белков с рРНК активно использовались для уточнения структур бактериальных рибосомных субчастиц. Совместно с группой С.В.Никонова и aвстрийскими коллегами опубликован цикл работ по исследованиям структурных основ регуляции трансляции рибосомным белком uL1: проводилось определение структур регуляторных комплексов рибосомного белка L1 с фрагментами его мРНК и сравнение этих структур со структурой рибосомного комплекса L1-23S рРНК. Структурные данные, дополненные мутационным анализом РНК-белковых взаимодействий в комплексах рибосомных белков с фрагментами РНК, позволили получеить важные результаты по принципам РНК-белкового узнавания.

Начиная с середины 2000-ных годов, нами проводились исследования фактора инициации трансляции 2 из архей. Это гетеротримерный белок, гомологичный у архей и эукариот (a/eIF2). Нами впервые определена структура полноразмерного aIF2 и структура функционально-важного тройственного комплекса этого белка с ГТФ и метионилированной инициаторной тРНК. Совместно с группой И. Шатского (МГУ) было показано, что архейный фактор aIF2 способен образовывать преинициаторный комплекс с эукариотической рибосомой.

Важным объектом исследования стал бактериальный регулятор трансляции многих генов белок Hfq. Была определена его структура из бактерии Pseudomonas aeruginosa, структуры его комплексов с рибонуклеотидами, описана структура функционально важного латерального РНК-связывающего сайта белка. Впоследствии были исследованы нуклеотид- и РНК-связывающие свойства ряда архейных гомологов бактериального белка Hfq – белков SmAP. Показано, что уридин-связывающий сайт этих белков сохраняется, причем сродство к поли(У) РНК у них выше, чем у белка Hfq. В то же время, SmAP белки не способны связывать поли(А) РНК, что демонстрирует функциональные отличия архейных SmAP белков от их бактериальных гомологов.

Перспективы исследований

Исследование механизма созревания рибосом у бактерий направлено на создание полноценной модели этого процесса. Результаты исследования должны позволить целенаправленно разработать и сконструировать ингибиторы сборки рибосомы и, таким образом, разработать новую, эффективную терапию против бактериальных инфекций. Эта проблема особенно актуальна на фоне приобретения лекарственной устойчивости к известным антибактериальным средствам (антибиотикам).

Регуляция трансляции посредством малых регуляторных РНК (мрРНК) в бактериях занимает важное место. мрРНК реализуют свою функцию посредством комплементарного взаимодействия с мРНК. Они влияют на такие важные клеточные процессы, как реакции на стресс, вирулентность, образование биопленок, устойчивость к антибиотикам и т.д. У многих видов бактерий стабильность и функции мрРНК поддерживаются специализированными РНК-связывающими белками – РНК-шаперонами. Исследование механизма регуляции экспрессии генов посредством мрРНК с участием РНК-шаперонов в патогенных бактериях имеет важное фундаментальное значение и потенциальное прикладное значение.