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
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.