Генетика

Лаборатория Яна Виллиса изучает механизмы регуляции транскрипции эукариотических клеток в ответ на питание, окружающую среду и клеточный стресс. В лаборатории Яна Виллиса изучалась регуляция активности Sir2 — НАД±зависимой деацетилазы, играющей важную роль в механизмах эпигенетики и старения. Известно, что клеточный стресс влияет на активность Sir2, однако точные механизмы регуляции еще не известны. Никотинамид является физиологическим ингибитором деацетилазной активности Sir2. Они обнаружили, что эндогенный уровень никотинамида ограничивает активность Sir2 в клетках дрожжей дикого типа. Ингибирование никотинамидом Sir2 антагонизируется in vitro изоникотинамидом (isonicotinamide), что приводит к повышению деацетилазной активности Sir2. Изоникотинамид так же повышает транскрипционное молчание в локусах, регулируемых Sir2. Исследователи предложили химическую стратегию активирования Sir2-зависимого транскрипционного молчания.

Исследования лаборатории Яна Вая посвящены геномной нестабильности и механизмам, которые могут приводить к старению и развитию опухолей. Двухцепочечные разрывы ДНК представляют серьезную опасность для жизни клеток и способны накапливаться в течение жизни. В лаборатории Яна Вая изучаются механизмы индукции мутаций. Для исследования используются линии трансгенных мышей и дрозофил, в клетках которых содержатся плазмиды, несущие бактериальный ген lac Z. Эти плазмиды могут быть снова выделены из эукариотических клеток для измерения числа мутаций, произошедших в них при создании условий генотоксического стресса. С помощью трансгенных мышей (несущих ген LacZ) удалось изучить спектр мутаций в различных органах. В печени частота мутаций возрастала при старении (к 34-м месяцам). В мозге увеличение числа мутаций наблюдалось лишь в возрасте 4–6 месяцев и затем прекращалось. Молекулярный анализ показал, что эти мутации связаны с реарранжировкой генов. В мозге частота мутаций меньше и не возрастает с возрастом. Большое число повреждений ДНК накапливается при старении и является тканеспецифичным. Перестройки генома, токсичные для клетки мутации и колебания в уровне экспрессии генов приводят к неправильной экспрессии генов. Вмешательства в генетическую стабильность с помощью различных факторов (в том числе активных форм кислорода) поможет серьезно изучить проблему двухцепочечных разрывов ДНК, влияющих на процесс старения клеток.

Известно, что дисфункция митохондрий, окислительный стресс, неправильное сворачивание белков, их агрегация и дисфункция протеасомной системы участвуют в развитии болезни Паркинсона. Шаперон hsp70 снижает уровень белков с неправильной конформацией, замедляет их агрегацию и защищает клетки от окислительного стресса. Кроме того, он обладает антиапоптотической активностью и способен блокировать токсичность альфа-синуклеина в модели болезни. Поэтому Бюелер с коллегами исследовали возможность применения hsp70 для генной терапии модели болезни Паркинсона у мышей (вызванной с помощью нейротоксичного вещества MPTP). С помощью аденоассоциированного вируса ген hsp70 был перенесен в дофаминергические нейроны. В результате было обнаружено значительное снижение гибели нейронов и прекратилось снижение уровня дофамина. Ученые пришли к выводу, что повышение активности шаперонов может быть использовано для лечения идиопатических форм болезни Паркинсона.

Клетки могут целенаправленно регулировать активность своих мобильных генетических элементов с помощью механизма РНК-сайленсинга (подавления эспрессии генов при участии коротких одноцепочечных РНК). Новый класс этих РНК — piРНК, связанный с белками семейства Piwi, участвует в подавлении активности подвижных элементов. Показано, что Piwi-белки понижают активность ряда МГЭ в зародышевых линиях не только дрозофилы, но и млекопитающих, рыб и других организмов. Алексей Аравин впервые идентифицировал механизм сайленсинга за счет естественных малых РНК в зародышевых клетках дрозофилы и обнаружил новый класс малых РНК, названный piРНК, что открыло новые возможности для исследований эпигенетических систем инактивации транспозонов у млекопитающих. Последующие исследования привели к открытию того факта, что метаболический путь piРНК обеспечивает клетки программируемой иммунной системой, направленной против мобильных генетических элементов, способной как к долгосрочной памяти встраиваний, так и к быстрому ответу на активность мобильных элементов.