1.     Основное направление фундаментальных и фундаментально-ориентированных исследований

1. Выявление роли отдельных генов, а также их скоординировано работающих групп, в формировании органов Drosophila melanogaster. Использование дрозофилы как модельного объекта, позволяет применять весь арсенал современных цитогенетических и молекулярно-биологических методов для исследования генов, контролирующих органогенез высших организмов в условиях in vivo. В рамках данного направления работы проводятся:

а)исследование оогенеза

б)исследование формирования глаза дрозофилы

в)исследование процесса формирования дорзальных выростов хориона (ДВХ). ДВХ представляют собой трубки, обеспечивающие дыхание развивающегося эмбриона. ДВХ являются  перспективной моделью для исследования тубуллогенеза - процесса лежащего в основе формирования многих типов органов эукариот

1. Геномные исследования малярийных комаров, являющихся переносчиками опасных заболеваний человека и животных.
2. Исследования процессов видообразования и мутационного процесса
3. Разработка научных основ создания высокоэффективных лекарственных форм нового поколения для повышения биологической доступности и улучшения технологических характеристик перспективных низкодозных лекарственных веществ.

2.     Задачи, решаемые в настоящее время в рамках базового бюджетного проекта

Бюджетный проект VI.47.1. “Механизмы контроля молекулярно-генетических систем и процессов. Нанобиоинженерия” (координатор программы. д.б.н., проф. Меркулова Т.И.). Проект направлен на решение одной из ключевых проблем молекулярной генетики – изучение регуляторного кода ДНК эукариот  и выяснение  механизмов определяющих характер транскриптома эукариотической клетки.

Лаборатория механизмов клеточной дифференцировки отвечает за блок «Идентификация генов-мишеней транскрипционных факторов, участвующих в контроле развития органов дрозофилы». Задачи этого блока: анализ транскриптома ряда органов D. melanogaster и выявление генов-мишеней транскрипционного фактора GAGA с использованием гипоморфных мутаций по гену, кодирующему этот белок в геноме с помощью комплекса экспериментальных и компьютерных методов.

Бюджетный проект VI.60.1.3. «Генетические и эпигенетические механизмы, регулирующие дифференцировку, трансдифференцировку и перепрограммирование» (координатор – д.б.н. О.Л.Серов). Лаборатория механизмов клеточной дифференцировки отвечает за блок «Клеточные и молекулярные механизмы гонадогенеза у дрозофилы»  Задачи этого блока: изучение миграции половых клеток в эмбриогенезе дрозофилы и анализ особенностей дифференцировки половых клеток в зрелых гонадах, выявления механизмов их регуляции, а также факторов, нарушающих их протекание.

3.     Прикладные разработки

Прикладных разработок нет.

4.     Иллюстрированное описание лучших результатов, полученных подразделением за последние 5 лет

Установлено, что продукт гена Trihorax-like (Trl) – транскрипционный фактор GAGA является важным регулятором развития глаза дрозофилы.

Ранее было известно, что нарушение экспрессии гена Trl приводит к нарушениям структуры глаза. Детально проанализировав характер нарушений, мы установили, что ген Trl является важным регулятором процессов дифференцировки нескольких типов клеток формирующегося глаза. Так, было выявлена роль ТФ GAGA в контроле формирования фотонейронов (рис. 1), конусных и пигментных клеток (рис. 2) омматидия.

Рисунок 2. Нарушения количества и расположения конусных и первичных пигментных клеток у гетерозигот Trl ^en82/Trl ^R85 и Trl ³⁶²/Trl ^R85. (а) Схема расположения клеток на апикальной поверхности глазо-антеннального имагинального диска 42-х часовых куколок дрозофилы дикого типа. Коричневым цветом отмечены 4 конусные клетки (КК), сиреневым ‑ 2 первичные пигментные клетки (ППК), голубым – вторичные пигментные клетки, желтым – третичные пигментные клетки, зеленым – щетинки. (б‑з) Омматидии Trl-мутантов. В них присутствуют: (б) дополнительная ППК; (в) всего одна ППК; (г) 2 ППК неодинакового размера со смещенными контактами; (д) 3 КК; (e) 5 КК; (ж) 4 КК с измененной ориентацией контактов; (з) 4 КК с нарушением контактов между ними. Окрашивание антителами к белку Armadillo (Arm). 

В ходе выяснения механизмов действия GAGA было установлено, что он участвует в регуляции двух ключевые регуляторов развития глаза генов lozenge (lz) и Bar. В них обнаружены сайты связывании ТФ GAGA. Кроме того продемонстрировано генетическое взаимодействие между этими генами и геном Trl (рис. 3). Установлено, что экспрессия гена lz нарушается на фоне  снижения количества ТФ GAGA.

Рисунок 3. Усиление проявления мутантного фенотипа дупликации B1 гена BarH1 на фоне мутаций по гену Trl. (а) Глаз самки B1/+. (б) Глаз самки B1/B1. (в) Глаз самки B1/+; Trl en82/Trl R85. Масштаб: 100 мкм.

Ранее нами было установлено, что недостаток ТФ GAGA приводит к множественным нарушениям процесса оогенеза у дрозофилы. У мутантов по гену наблюдаются множественные нарушения в функционировании разных типов клеток. Так уменьшение экспрессии гена приводит к нарушению актинового цитоскелета в питающих клетках. В них практически полностью отсутствуют цитоплазматические актиновые филаменты, удерживающие большие полиплоидные ядра клеток вдали от кольцевых канальцев на стадии быстрого транспорта (рис. 4). В результате кольцевые канальцы блокируются этими ядрами и ток цитоплазмы прекращается. Это приводит к тому, что недополучившие необходимые для развития вещества ооцита прекращают развитие и гибнут.

Рисунок 4. Нарушения, наблюдаемые в яйцевых камерах сильных Trl мутантов. Яйцевые камеры 11 стадии развития, окрашенные фаллоидином (зеленый) и DAPI (синий). (А,Б) Яйцевые камеры самок дикого типа и (В,Г) Trl мутантов. У Trl мутантов цитоплазматические актиновые филаменты отсутствуют, ядра питающих клеток блокируют кольцевые каналы. Нарушена миграция фолликулярных клеток, большинство фолликулярных клеток у мутантов сосредоточено в заднем конце ооцита. ПК – питающие клетки, ФК – фолликулярные клетки, КК – кольцевые каналы, АФ – цитоплазматические актиновые филаменты, О – ооцит. Стрелками показаны центрипитальные клетки.

Кроме того у мутантов наблюдается нарушения в миграции ряда соматических клеток в ходе развития яйцевых камер. Для выяснения причин возникновения наблюдаемых дефектов нами был сделан полногеномный микрочиповый анализ экспрессии в яйцевых камерах в норме и мутантов (рис. 5). Был установлен набор генов изменяющих экспрессию на фоне снижения белка GAGA. Среди них были отобраны гены, кодирующие актин-связывающие белки и меняющие экспрессию у мутантов. Был проведен анализ экспрессии этих генов у мутантов с помощью количественного ПЦР, а также проверено наличие генетического взаимодействия между геном Trl и предполагаемыми генами-мишенями. В результате было установлено, ТФ GAGA необходим для экспрессии таких генов актин-связывающих белков как: chic, MSP-300, tsr, jar и нескольких других. Вероятно, нарушения в количестве этих актин-связывающих  белков и приводит к дефектам в формировании актинового цитоскелета у мутантов и нарушению миграции соматических клеток.

5.     Задачи, планируемые на перспективу

• Выявление генов влияющих на процесс аутофагии в ходе органогенеза дрозофилы.
• Выявление генов и скоординировано работающих групп генов влияющих на миграцию разных типов клеток в ходе онтогенеза дрозофилы.
• Продолжение геномных исследований на малярийных комарах.
• Продолжение исследований процессов эволюции и мутагенеза

Бывшие сотрудники

Совместители