Заведующий лабораторией
Основные направления научной деятельности
• Регуляция экспрессии генов у прокариот.
• Координация процессов транскрипции, трансляции и репарации у бактерий.
• Генетический контроль и регуляция поддержания редокс-баланса в бактериальных клетках.
• Изучение молекулярных механизмов устойчивости бактерий к окислительному стрессу и действию антибиотиков.
• Исследование молекулярных механизмов старения.
• Конструирование бактериальных штаммов-продуцентов биологически активных соединений.
Основные научные достижения
• Открыт новый механизм регуляции транскрипции с участием регуляторных РНК или рибопереключателей (Mironov et al. Cell, 2002). Продемонстрирована роль лидирующих рибосом в стимуляции сопряженной транскрипции у E.coli (Proshkin S. et al. Science, 2010). Описан фундаментальный механизм сопряженной с транскрипцией репарации ДНК (TCR), в основе которого лежит возвратное смещение РНК-полимеразы против хода транскрипции (backtracking). Показано, что в бактериях фактор UvrD связывается с РНК-полимеразой в ходе элонгации транскрипции и, используя свою хеликазную активность, сдвигает РНК-полимеразу вдоль ДНК назад. Индуцируя откат, UvrD открывает скрытое остановленной РНК-полимеразой повреждение ДНК, тем самым обеспечивая доступ белков системы репарации к поврежденному участку. Низкомолекулярный алармон (сигнальная молекула) ppGpp и общий элонгационный фактор NusA также способствуют UvrD-зависимой репарации ДНК, сопряженной с транскрипцией. Поскольку возвратное смещение присуще всем клеточным РНК-полимеразам, этот механизм делает возможным их функционирование в роли глобальных сканеров повреждений ДНК у бактерий и эукариот (Epshtein et al, Nature 2014; Kamarthapu et al, Science 2016).
• Разработана модельная система, позволяющая локализовать in vivo элонгационный комплекс РНК-полимеразы, изолированный от последующих РНК-полимераз, и тестировать влияние на него различных белковых факторов (Proshkin S.et al. 2010, Science) и низкомолекулярных лигандов (Kamarthapu V. et al., 2016, Science). Разработан метод точного картирования белок-белковых взаимодействий с помощью химических сшивок и последующим масс-спектрометрическим анализом (XLMS) (Epshtein V. et al., 2014, Nature). Этот подход был с успехом применен для установления структурно-функциональной организации предтерминационного комплекса с фактором Rho (Hao Z. et al. Mol. Cell, 2021). Структурная информация, подкрепленная генетическими и биохимическими данными, легла в основу новой молекулярной модели Rho-зависимой терминации транскрипции (Hao Z. et al.,Molecular Cell, 2020).
• Изучены молекулярные механизмы поддержания редокс-баланса клетки и роли в этом процессе эндогенно продуцируемых NO и H2S. Продемонстрировано, что, несмотря на потенциальную токсичность в больших дозах, H2S в физиологических концентрациях является важной сигнальной молекулой, которая защищает бактерии от окислительного стресса, иммунной атаки и многих антибиотиков (Shatalin K et al. Science 2011; Mironov A. et al. Proc. Nat. Acad. Sci USA 2017, 2020). Эти результаты поддерживают концепцию бактерицидного действия антибиотиков через окислительные повреждения и позволили предложить ферменты, продуцирующие NO и H2S, в качестве новых многообещающих мишеней для противомикробной терапии (Shatalin K et al. Science 2021). Была также установлена важная роль сероводорода в бактериальной толерантности к антибиотикам, включая образование персистеров и биопленок.
• На модели нематод C. elegans продемонстрировано влияние метаболизма микробиоты на продолжительность жизни хозяина. Показано, что NO, выделяемый бактериями внутри C. elegans, диффундирует в ткани животных, где активирует определенный набор генов, которые защищают нематод от стресса окружающей среды и продлевают их продолжительность жизни (Gusarov I et al. Cell 2012). Сконструирован бактериальный штамм-продуцент регуляторного нуклеозида АИКАР, обладающий свойствами геропротектора. Показано, что выращивание на газоне этого штамма нематод приводит к двукратному увеличению продолжительности их жизни.
Большинство результатов получено в совместной работе с лабораторией Е.Нудлера (Нью-Йоркский университет).
Международные научные связи
Профессор Евгений Нудлер (New York University School of Medicine, Howard Hughes Medical Institute, USA), в 2016 г. избран иностранным членом Российской академии наук