ИСТИНА

Настоящий проект посвящен исследованию фундаментальных процессов функционирования хроматина, поэтому полученные результаты будут значимы для развития различных областей биологии. Разрабатываемые междисциплинарные исследовательские подходы могут быть в дальнейшем использованы для исследования различных сложных процессов, включающих множественные факторы и сложную динамику, поэтому будут интересны широкому кругу учёных. Поскольку многие изучаемые факторы участвует в онкогенезе, наши исследования позволят понять механизмы транскрипции хроматина, установить причины ряда клеточных патологий у эукариот и разработать подходы для создания терапевтических препаратов нового поколения. Таким образом, проект имеет важное медицинское и социальное значение.

The project is aimed to study the fundamental processes of chromatin functioning; therefore the results will be significant for different fields of life sciences. Developed interdisciplinary approaches can be used to study various complex processes involving multiple factors and complex dynamics; therefore they will be interesting for a wide range of scientists. Since many of the factors under study are involved in carcinogenesis, our research will help to understand the process of chromatin transcription, the mechanisms of a number of cell pathologies in eukaryotes, and to develop approaches for developing of new therapeutics. Thus, the project is of high medical and social importance.

В результате проекта будут разработаны новые междисциплинарные комплексные экспериментальные подходы для анализа структуры и динамики хроматина. С помощью разработанных методов будут детально описаны различные механизмы функционирования генома эукариот и транскрипции хроматина. Так, в рамках изучения механизмов дистанционных взаимодействий и пространственной организации генома будут а) установлены количественные параметры гибкости и подвижности ДНК в зависимости от нуклеотидного состава, наличия одно- и двунитевых разрывов и связывания интеркалирующих соединений с ДНК; б) определены механизмы и построены динамические модели разворачивания ДНК и октамера гистонов в различных нуклеосомах; в) определены структуры и построены модели комплексов линкерных гистонов и их отдельных доменов c нуклеосомой, определена их роль в формировании хроматосомы – укладки ДНК более высокого порядка. Будет продолжена работа над пошаговым описанием процесса транскрипции ДНК нуклеосом эукариот: а) методами футпринтинга будут определены структуры новых ключевых интермедиатов транскрипции хроматина; б) будут определены механизмы остановки РНК- полимеразы на внутринуклеосомных петлях ДНК; в) определены трёхмерные структурыкомплексов нуклеосом с транскрибирующей РНК-полимеразой 2 с использованием методов ПЭМ и молекулярного моделирования. Будут детально проанализированы механизмы действия шаперона гистонов, белкового фактора FACT дрожжей, а именно: а) установлена его роль в элонгации транскрипции; б) определен механизм FACT-зависимого, АТФ-независимого разворачивания структуры нуклеосом; в) определены ДНК-гистоновые, гистон-гистоновые и FACT-нуклеосомные взаимодействия, играющие роль в этом процессе; г) определены трёхмерные структуры комплексов нуклеосом с yFACT с использованием методов ПЭМ и молекулярного моделирования. В результате выполнения проекта будут разработаны новые современные экспериментальные и вычислительные подходы, которые будут интересны широкому кругу учёных, занимающихся изучением сложных динамических процессов. Полученные научные результаты заметно улучшат понимание фундаментальных процессов функционирования хроматина в эукариотическом ядре. Исследования по проекту будут руководиться и выполняться ведущими учеными, обладающими многолетним опытом успешной работы с современными экспериментальными системами с применением наиболее современных подходов и оборудования. Результаты проекта будут соответствовать мировому уровню и будут опубликованы в высокорейтинговых журналах. Нарушения в механизмах, которые будут исследованы в рамках проекта, приводят к преждевременному старению, а также развитию раковых и других заболеваний. Полученные научные результаты позволят установить причины ряда патологических процессов у эукариот и в дальнейшем могут быть использованы при разработке новых лекарственных препаратов. Таким образом, результаты проекта имеют большое значение для развития диагностической и терапевтической медицины, а также для социальной и экономической сфер.

Здоровое функционирование и развитие живых организмов происходит только при правильной экспрессии генов. Нарушения регуляции и функционирования этого процесса приводят к преждевременному старению и развитию различных, в том числе раковых, заболеваний. В высших организмах регуляция экспрессии генов преимущественно происходит на этапе транскрипции. В ядре эукариотической клетки ДНК организована в хроматин, базовой единицей которого является нуклеосома. Механизмы транскрипции хроматина универсальны в различных организмах, от дрожжей до человека, но остаются недостаточно изученными. В ходе проекта нами был разработан ряд междисциплинарных технологий для анализа структуры и динамики нуклеосом с использованием биохимических, мономолекулярных, структурных и вычислительных подходов. С использованием этих технологий были определены некоторые механизмы реорганизации и транскрипции хроматина. В рамках проекта будут определены механизмы транскрипции хроматина РНК-полимеразой 2 и роли различных факторов в этом процессе. Будет выполнен систематический анализ структуры и динамики нуклеосом, а также определена роль ряда факторов, влияющих на структуру и динамику хроматина – коровых и линкерных гистонов, белковых факторов и нуклеотидных последовательностей. Исследования будут проводиться высококвалифицированными специалистами, обладающими уникальным многолетним опытом работы с современными экспериментальными системами, что подтверждается высоким рейтингом научных публикаций коллектива исполнителей и опытом выполнения проектов самого высокого уровня, включая гранты Правительства Российской Федерации и Министерства образования и науки, а также этого проекта.

Разработаны новые междисциплинарные комплексные экспериментальные подходы для анализа структуры и динамики хроматина. С помощью разработанных методов описаны различные механизмы функционирования генома эукариот и транскрипции хроматина. В рамках изучения механизмов дистанционных взаимодействий и пространственной организации генома а) установлены количественные параметры гибкости и подвижности ДНК в зависимости от нуклеотидного состава, наличия одно- и двунитевых разрывов и связывания интеркалирующих соединений с ДНК; б) определены механизмы и построены динамические модели разворачивания ДНК и октамера гистонов в различных нуклеосомах; в) определены структуры и построены модели комплексов линкерных гистонов и их отдельных доменов c нуклеосомой, определена их роль в формировании хроматосомы – укладки ДНК более высокого порядка. Дано пошаговое описание процесса транскрипции ДНК нуклеосом эукариот: а) методами футпринтинга определены структуры новых ключевых интермедиатов транскрипции хроматина; б) определены механизмы остановки РНК- полимеразы на внутринуклеосомных петлях ДНК; в) определены трёхмерные структурыкомплексов нуклеосом с транскрибирующей РНК-полимеразой 2 с использованием методов ПЭМ и молекулярного моделирования. Проанализированы механизмы действия шаперона гистонов, белкового фактора FACT дрожжей, а именно: а) установлена его роль в элонгации транскрипции; б) определен механизм FACT-зависимого, АТФ-независимого разворачивания структуры нуклеосом; в) определены ДНК-гистоновые, гистон-гистоновые и FACT-нуклеосомные взаимодействия, играющие роль в этом процессе; г) определены трёхмерные структуры комплексов нуклеосом с yFACT с использованием методов ПЭМ и молекулярного моделирования. Разработаны новые современные экспериментальные и вычислительные подходы для изучением сложных динамических процессов. Полученные научные результаты важны для понимание фундаментальных процессов функционирования хроматина в эукариотическом ядре. Нарушения в механизмах, которые исследованы в рамках проекта, приводят к преждевременному старению, а также развитию раковых и других заболеваний. Полученные научные результаты позволят установить причины ряда патологических процессов у эукариот и в дальнейшем могут быть использованы при разработке новых лекарственных препаратов.