Лаборатория генетического моделирования болезней человека

 

Заведующий лабораторией - д.б.н. Алексей Петрович Галкин

 

Основная тематика лаборатории связана с идентификацией прионов и амилоидов и выявлением факторов, контролирующих формирование болезнетворных и функциональных амилоидов. Амилоиды представляют собой белковые фибриллы, которые формируются за счёт образования упорядоченных межмолекулярных бета-складчатых слоёв. Инфекционные амилоиды принято называть прионами. Функциональные и патологические прионы и амилоиды выявлены у самых разных организмов. Патологические амилоиды вызывают ряд социально значимых неизлечимых заболеваний, таких как болезни Альцгеймера, Паркинсона и Хангтингтона. В нашей лаборатории разработан уникальный метод протеомного скрининга, позволяющий выявлять неинфекционные и инфекционные амилоиды у любых организмов [Nizhnikov et al., PLOS Genet., 2016] (рис 1).

Метод основан на устойчивости амилоидных фибрилл к обработке ионными детергентами, такими как додецил сульфат (SDS). Метод позволяет идентифицировать все белки, образующие SDS-устойчивые агрегаты в любых тканях различных организмов с секвенированным геномом.

 

Рисунок 1. Схема метода идентификации белков, формирующих SDS-устойчивые амилоидоподобные агрегаты

 

 

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАБОТЫ


  1. Идентификация функциональных амилоидов в мозге млекопитающих и в тканях репродуктивной системы различных организмов.

С помощью метода протеомного скрининга идентифицированы белки, которые формируют SDS-устойчивые амилоидоподобные  агрегаты в мозге молодых самцов крысы, а также в тканях репродуктивной системы таких модельных объектов, как курица и дрозофила. Амилоидные свойства выявленных кандидатов исследуются в экспериментах in vivo и in vitro. Ведётся работа по выявлению белков, разбирающих болезнетворные амилоидные агрегаты. В работе используется широкий спектр генетических, биохимических, цитологических и протеомных методов (методы генной инженерии, анализ колокализации белков с амилоид-специфичными красителями на криосрезах тканей, различные модификации Вестерн-блоттинга, анализ формирования амилоидных фибрилл in vitro с помощью конфокальной и электронной микроскопии).

 

2. Анализ взаимодействия прионов и амилоидов.

Возникновение приона (инфекционного амилоида) приводит к изменению конформации белка и его инактивации. В одноклеточных организмах, таких как дрожжи S. cerevisiae, изменённая форма белка передаётся из клетки в клетку, и это вызывает наследуемое изменение признака. Согласно концепции белковой наследственности прионизация белка вызывает наследуемые изменения без изменения последовательности соответствующего гена.

С помощью метода протеомного скрининга мы показали, что эпигенетический фактор [NSI+], вызывающий сквозное прочтение стоп-кодонов, определяется взаимодействием двух прионов [SWI+] и [PIN+].

Таким образом, наряду с моногенным и полигенным наследованием, в рамках концепции белкового наследования, мы выделяем «моноприонный» и «полиприонный» типы наследования признаков. Полиприонный тип наследования охарактеризован впервые. Пример признака, который детерминируется взаимодействием прионов, представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. Анализ влияния взаимодействий прионов [SWI+] и [PIN+] на супресиию проявления нонсенс-мутаций ade1-14 (UGA).

 

 

Состав лаборатории

Зав. лаб., д.б.н. А.П. Галкин, н.с. Т.А. Рыжова, к.б.н., н.с. Ю.В. Сопова, к.б.н., c.н.с. С.Ю. Москаленко, к.б.н., м.н.с. Т. Рогоза, м.н.с. А.А. Шенфельд

 

Избранные публикации лаборатории в рейтинговых журналах

  1. Sergeeva A.V., Sopova J.V., Belashova T.A., Siniukova V.A., Chirinskaite A.V., Galkin A.P., Zadorsky S.P. Amyloid properties of the yeast cell wall protein Toh1 and its interaction with prion proteins Rnq1 and Sup35. Prion. 2019;13(1):21-32. doi: 10.1080/19336896.2018.1558763
  2. Ryzhova T.A, Sopova J.V.,  Zadorsky S.P., Siniukova V.A., Sergeeva A.V.,  Nizhnikov A.A., Shenfeld A.A.,  Volkov K.V, Galkin A.P. Screening for amyloid proteins in the yeast proteome. Curr. Genet. 2017. doi: 10.1007/s00294-017-0759-7.
  3. Galkin A.P. Prions and concept of polyprionic inheritance. Current Genetics, 2017, doi: 10.1007/s00294-017-0685-8.
  4. Nizhnikov A.A., Ryzhova T.A., Volkov K.V., Zadorsky S.P., Sopova J.V., Inge-Vechtomov S.G., Galkin A.P. Interaction of prions causes heritable traits in Saccharomyces cerevisiae. PLoS Genet., 2016 12:e1006504. doi: 10.1371/journal.pgen.1006504.
  5. Nizhnikov AA, Alexandrov AI, Ryzhova TA, Mitkevich OV, Dergalev AA, Ter-Avanesyan MD, Galkin AP. PLoS One. 2014 Dec 30;9(12):e116003. doi: 10.1371/journal.pone.0116003. eCollection 2014.
  6. Nizhnikov AA, Magomedova ZM, Rubel AA, Kondrashkina AM, Inge-Vechtomov SG, Galkin AP. [NSI+] determinant has a pleiotropic phenotypic manifestation that is modulated by SUP35, SUP45, and VTS1 genes. Curr Genet. 2012; 58(1):35-47.
  7. Rubel A.A., Ryzhova T.A., Antonets K.S., Chernoff Y.O., Galkin A.P. Identification of PrP sequences essential for the interaction between the PrP polymers and Aβ peptide in a yeast-based assay // Prion, 2013. 7 (6): 469-476.
  8. Nizhnikov A.A., Antonets K.S, Inge-Vechtomov S.G., Derkatch I.L. Modulation of efficiency of translation termination in Saccharomyces cerevisiae: turning nonsense into sense // Prion, 2014, V.3, P.1-14.
  9. Zadorsky SP, Sopova YV, Andreichuk DY, Startsev VA, Medvedeva VP, Inge-Vechtomov SG. Chromosome VIII disomy influences the nonsense suppression efficiency and transition metal tolerance of the yeast Saccharomyces cerevisiae. Yeast, 2015 32(6):479-97.
  10. Nizhnikov A.A., Magomedova Z.M., Rubel A.A., Kondrashkina A.M., Inge-Vechtomov S.G., Galkin A.P. [NSI+] determinant has a pleiotropic phenotypic manifestation that is modulated by SUP35, SUP45, and VTS1 genes. Current Genetics, 2012, V.58 P.35-47.
  11. Saifitdinova A.F., Nizhnikov A.A., Lada A.G., Rubel A.A, Magomedova Z.M., Ignatova V.V., Inge-Vechtomov S.G., Galkin A.P. [NSI+]: a novel non-Mendelian nonsense suppressor determinant in Saccharomyces cerevisiae. Curr Genet., 2010, V. 56, № 5, P. 467–478. 15(4):fov033. doi: 10.1093/femsyr/fov033.

 

Контактная информация:

Алексей Петрович Галкин: тел (812)428-40-08; E-mail: apgalkin(at)mail.ru