Лаборатория цитогенетики 2013

Заведующий лабораторией доктор биологических наук, доцент Оксана Леонидовна Коломиец

тел: (499) 135-53-61

e-mail: kolomiets(at)vigg.ru, yubogdanov(at)vigg.ru

 

В 2008 г. лаборатория ведет исследования по трем темам:

  1. "Выявление свойств структуры хромосом, создающих условия для мейотической рекомбинации" (№ госрегистрации 120.0 504490. Рук. - г.н.с., д.б.н. Ю.Ф.Богданов).

  2. "Половой диморфизм в профазе I мейоза" (Проект РФФИ № 08-04-01725. Рук.- зав. лаб., д.б.н. О.Л. Коломиец).

  3. "Изучение генетических и молекулярных аспектов мейоза как основы для реализации изменчивости и сохранения стабильности генома". (Проект в рамках Программы Президиума РАН "Биоразнообразие и динамика генофондов" (совместно с Лаб. генетики и биотехнологии растений СПб филиала ИОГен. Рук. - г.н.с., д.б.н. Ю.Ф. Богданов.

Направления исследований

Лаборатория цитогенетики ведет систематические исследования ультраструктурной и молекулярной организации мейотических хромосом у животных, грибов и растений. При этом специальное внимание обращается на те особенности организации мейотических хромосом, которые обеспечивают синапсис (конъюгацию) и рекомбинацию гомологичных хромосом, а в последние годы – и на роль нормальной частоты мейотической рекомбинации в жизнеспособности потомства.

Результаты этих исследований отражены в монографии Богданов Ю.Ф., Коломиец О.Л. "Синаптонемный комплекс – индикатор динамики мейоза и изменчивости хромосом". М. КМК. 2007. 358 с. (Рис. 1).

Центральное место в исследованиях занимает исследование роли синаптонемных комплексов в обеспечении нормального прохождения клетками сложной профазы I мейоза и изучение генетического контроля этого процесса. Используется генетический подход к изучению роли синаптонемных комплексов в мейозе и рекомбинации – анализ аномалий мейоза, возникающих в результате специфических мутаций мейотических генов у растений (рожь, Secale cereale) и дрозофилы (D.melanogaster) и тех аномалий, которые индуцируются путем экспериментального вмешательства в метаболизм мейотических клеток у млекопитающих.

Ранее основными методами анализа СК в лаборатории цитогенетики был метод электронной микроскопии и электронно-микроскопической иммуноцитохимии. В 2008 году начаты иммуноморфологические исследования белков СК с помощью метода флуоресцентной микроскопии (рис.2). На основе этого метода получены новые данные, касающиеся динамики деградации СК у млекопитающих в зависимости от структурной организации хромосом на стадии диплотены. Выявлены признаки полового диморфизма в профазе I мейоза у птиц и млекопитающих.

Ведется экспериментальное исследование фракции геномной ДНК у млекопитающих, которая тесно ассоциирована с белками синаптонемного комплекса (СКАР ДНК). Это сопровождается анализом особенностей линейного распределения горячих точек рекомбинации, сравнительным анализом (методами и биоинформатики) первичной, вторичной и третичной структуры этих белков у тех видов грибов, растений, насекомых и млекопитающих, у которых секвенирован геном и известен протеом. Путем сочетания этих характеристик создаются подходы к построению модели профазной мейотической хромосомы, связанной с синаптонемным комплексом.

 

Рис.1.Обложка монографии

Рис.2. Иммуноцитохимическое выявление белка SCP3 (Alexa 594, красный) и CENPA (FITC, зеленый) в распластанных ядрах сперматоцитов I порядка G.domesticus.

 

Основные результаты:

I. В 2007 г. закончен проект РФФИ: "Роль синаптонемного комплекса в механизме мейотической рекомбинации и роль рекомбинации в защите потомства от вредных мутаций" (Проект РФФИ №05-04-49052а, руководитель д.б.н. Ю.Ф.Богданов). Итог выполнения проекта:

А. Установлено, что последовательности ДНК, прочно ассоциированные с синаптонемным комплексом (СКАР-ДНК) являются эволюционно консервативными среди млекопитающих. Для 27 клонированных последовательностей СКАР-ДНК золотистого хомячка обнаружены сходные последовательности в геноме человека. Для частично секвенированных клонов СКАР-ДНК сходство выявлено с помощью ДНК-ДНК гибридизации на фильтрах, для полностью секвенированных клонов – по базам данных нуклеотидных последовательностей. В результате компьютерного поиска установлено, что в геномах рыбы Danio rerio, лягушки Xenopus tropicalis, ящерицы Iguana iguana и птицы Gallus gallus присутствуют ДНК-последовательности, гомологичные 28 клонам СКАР ДНК золотистого хомячка (Пенкина и др. 2008). Ответственный исполнитель с.н.с., к.б.н. О.И. Карпова.

Б. Установлено, что в лабораторных линиях Drosophila melanogaster, содержащих мутации, нарушающие спаривание гомологичных хромосом и их рекомбинацию в мейозе (таких как c(3)G, mei-41, me -218, me -P22, me -W68), накапливаются вредные мутации. Они возникают с высокой частотой и снижают жизнеспособность в части потомства. Эти мутации полудоминантны (коэффициент 0.3-0.7) и элиминируются во время мейоза (Чубыкин,2004, 2008). Изучение выживаемости гибридов с(3)G/P22, W68/+; c(3)G/+ и W68/+; Р22/+ выявило комплементарность части мутаций в виде восстановления нормального фенотипа в гетерозиготах. Это указывает на малое число сайтов мутаций пониженной жизнеспособности и на то, что они могут находиться внутри одного петлевого домена хромосом. Отв. Исполнитель - в.н.с., д.б.н. Чубыкин В.Л.

II. В 2007 г завершены исследования по теме НИР (№ госрегистрации 0120.0 504483. Рук. - зав. лаб., д.б.н. О.Л. Коломиец).

Изучена ультраструктура синаптонемных комплексов (СК) у двуспоровой и четырехспоровой форм шампиньона Agaricus bisporus L. Установлено, что у четырехспоровой формы СК формируются по всей длине бивалентов. У двуспоровой формы, для которой характерна пониженная частота мейотической рекомбинации, на стадии пахитены обнаружены лишь короткие фрагменты СК. Сделан вывод о том, что эта аномалия служит основной причиной снижения рекомбинации у двуспоровых штаммов. У обеих форм шампиньона выявлены ассоциированные с СК узелки трех типов. Методом электронно-микроскопической иммуноцитохимии установлено, что с узелками I типа (диаметр 45-55 нм) связываются антитела против белка Rad51 томата – раннего фермента рекомбинации, и узелки этого типа являются так называемыми ранними мейотическими узелками, участвующими в рекомбинации. Аутоантитела к белку CENP A человека специфически связываются с кинетохорами шампиньона. (Ответственный исполнитель.- к.б.н И.С..Мажейка).

III. Проведены исследования механизмов, обеспечивающих контроль перемещения мобильных элементов Р, I и hobo в зародышевых линиях клеток Drosophila melanogaster. Экспрессия этих мобильных элементов совпадает по времени с формированием синаптонемного комплекса и процессами рекомбинации. Анализ современной литературы позволил утверждать, что в основе механизмов, контролирующих экспрессию этих генетических факторов, лежит гомология их трансгенных и эндогенных копий Исполнители к.б.н. Гришаева, к.б.н. Иващенко.

Практические разработки

Обоснованы методы использования электронно-микроскопического анализа СК для и диагностики причин мужского бесплодия и тестирования мутагенов. Получены доказательства качественных и количественных преимуществ исследования хромосомных аберраций в мейозе на основе конфигураций СК. Доказано, повреждающее действие некоторых диагностических (ультразвук), терапевтических (антибактериальные и противоопухолевые антибиотики) и гигиенических агентов на хромосомы и СК млекопитающих и человека. Разработаны принципиально новые методы получения препаратов синаптонемных комплексов из выделенных протопластов мейотических клеток базидиальных грибов.

Сотрудничество

Более 20 лет лаборатория тесно сотрудничает с генетиками, работающими на базе Петергофской генетической коллекции ржи, ныне – Лабораторией генетики и биотехнологии растений Санкт-Петербургского филиала ИОГен РАН. За это время выполнено два совместных трехсторонних международных проекта с генетиками и молекулярными биологами из сельскохозяйственного Университета Вагенингена (Нидерланды) и выполняется совместный проект в рамках Программы Президиума РАН "Биоразнообразие и динамика генофондов". Лаборатория сотрудничает также с лабораторией цитогенетики ИБР им. Н.К. Кольцова РАН и лабораторией экологической генетики ИПЭЭ им. А.Н. Северцова РАН; с МГНЦ РАМН

Педагогическая деятельность сотрудников лаборатории

С 2004 г профессор, д.б.н. Ю.Ф.Богданов регулярно читает курс лекций "Цитогенетика" и "Избранные главы цитогенетики и клеточной биологии" для аспирантов в рамках Учебно-научного центра ИОГен и каф. Генетики МГУ. В последние годы в чтение этого курса включился и д.б.н. В.Л.Чубыкин. Д.б.н. О.Л. Коломиец проводит семинары и практические занятия по теме "Метод анализа хромосомных перестроек на основе синаптонемных комплексов" для студентов каф. Генетики МГУ. Под руководством сотрудников лаборатории в 2008 г. выполнены и защищены две дипломные работы, в настоящее время выполняются три диссертационные и две дипломные работы. Постоянно обучаются специалисты из Институтов РАН и других лабораторий ИОГен.