1
9663

Геномный уровень

В данном компасе представлены ученые, специализирующиеся на изучении механизмов репарации ДНК, экспрессии генов, мутациях, связанных со старением, химизме процессов, происходящих в ядре, и методах терапевтического воздействия на них.

на сайте с 14 октября 2009

Мэттью Месельсон

Генетика наследования


Мэттью Мезельсон (Гарвардский университет, США)
Matthew Meselson (Harvard University, USA)

Научные интересы:
Репликация ДНК, рекомбинация и репарация в клетках.

Вклад в изучение ДНК:

В 1957 г. совместно с Франклином Сталем М. Мезельсон показал, что ДНК реплицируется полу-консервативно. В эксперименте Месельсона-Сталя  использовалась Escherichia Coli, выращенная в присутствии изотопа азота-15, которая затем была перемещена в среду с
нормальным азотом, азотом-14. При экстракции ДНК центрифугированием ученые обнаружили три типа ДНК, один из которых содержал азот-15, другой - азот-14, третий – гибридные, содержащие оба изотопа. Когда гибридную ДНК превратили в одноцепочечную при нагревании, была получена одна родительская и одна синтезированная нить. Этот опыт показал, что при синтезе ДНК двойная спираль распадается на две однонитевые части, выступающие в качестве матрицы для синтеза комплементарных нитей. Это явление получило название полуконсервативной репликации ДНК.

В 1961 году вместе с Ф. Сталем, С. Бреннером и Ф. Жакобом М. Мезельсон показал, что  молекулы рРНК являются стабильными, что впоследствии доказало существование мРНК. Позднее вместе с Чарльзом Рэддингом он показал, что рекомбинация генов приводит к сплайсингу молекул ДНК. Он также продемонстрировал основы ферментативного процесса, путем которого клетки распознают и уничтожают чужеродную ДНК, и обнаружил репарацию метил-направленных несоответствий, которая позволяет клеткам исправлять ошибки в ДНК.

Эффект Месельсона:
Бделлоидные коловратки размножаются исключительно при помощи партеногенеза. За 40 миллионов лет развития они разделились более чем на 360 видов. Причём без полового размножения, которое традиционно считается важнейшим фактором изменчивости. Ученые обнаружили свидетельство массового горизонтального переноса генов у бделлоид, причём эти существа встраивают в свой геном ДНК от грибов, бактерий и растений (Eugene A. Gladyshev et al. Massive Horizontal Gene Transfer in Bdelloid Rotifers. Science 30 May 2008).
Бделлоидные коловратки(фото Eugene Gladyshev):

Лаборатория Месельсона исследует эволюцию асексуальности у бделлоидных коловраток. М. Месельсон описал " эффект Месельсона ", суть которого в том, что два аллеля  бесполых
организмов развиваются независимо и в разных направлениях иначе, чем общепринято, производя два генома в одном организме. Это связано с отсутствием сексуальной  рекомбинации, которая смешивает гены аллелей во время мейоза. Лаборатория Месельсона предоставила свидетельства того, что это действительно имеет место в бесполых бделлоидных коловратках, и эффект Месельсона впоследствии был использован чтобы объяснить, как коловратки переносят обезвоживание.
Ранее массовый горизонтальный перенос генов наблюдался лишь в царстве бактерий.
А если речь  шла о представителях царства животных, то случаи горизонтального переноса относились к взаимодействию организма-хозяина с эндосимбионтом или паразитом. Заимствованные коловратками гены (во всяком случае — часть из них) работают в новых условиях. Это может объяснить адаптацию данных организмов к новым экологическим нишам и их видообразование. Как бделлоиды обмениваются генами  между собой, ясно не до конца. Вероятно, ключ к такой уникальной способности — умение бделлоидных коловраток переживать засуху. Когда они высыхают, в них практически прекращается жизнедеятельность, так они могут провести не один год, но при появлении воды эти существа оживают.
При этом коловратки используют механизмы восстановления повреждённых в ходе высыхания организма ДНК и мембран. Также данный класс коловраток умеет хорошо восстанавливаться после сильного облучения, и учёные считают, что тут действует одинаковый механизм.
Пока бделлоидная коловратка находится в высохшем состоянии, её ДНК открыта для
присоединения чужеродных генов. Большинство из таких включений учёные нашли
вблизи концов хромосом, в теломерах. Во время засухи эти концы оказываются не защищены. В центральных частях хромосом чужеродные гены также были найдены, но
в гораздо меньшем количестве. Причём речь идёт именно о клетках зародышевой
линии. И как только существо вновь наполняется водой, репарация ДНК происходит  с уже добавленными фрагментами, так что новая коловратка, появившаяся впоследствии, будет отличаться от родительского организма (источник - http://www.membrana.ru/lenta/?8266).

Интересные публикации:

1. Филогеномика вариантов необычного гистона H2A у бделлоидных коловраток.
Phylogenomics of unusual histone H2A Variants in Bdelloid rotifers.
Van Doninck K, Mandigo ML, Hur JH, Wang P, Guglielmini J, Milinkovitch MC, Lane WS, Meselson M.
PLoS Genet. 2009.Mar;5(3):e1000401. Epub 2009 Mar 6.

2. Вырождение тетраплоидии происходит перед дивергенцией в семействе бделлоидных
коловраток.
Degenerate tetraploidy was established before bdelloid rotifer families diverged.
Hur JH, Van Doninck K, Mandigo ML, Meselson M.
Mol Biol Evol. 2009.Feb;26(2):375-83. Epub 2008 Nov 7.

3. Чрезвычайная устойчивость бделлоидных коловраток к ионизирующему излучению.
Extreme resistance of bdelloid rotifers to ionizing radiation.
Gladyshev E, Meselson M.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Apr 1;105(13):5139-44. Epub 2008 Mar 24

Контакты:
Тел.: (617) 495-5099
Email: msm@wjh.harvard.edu

Гари Ван Зант

Гены, влияющие на стволовые клетки, старение и продолжительность жизни


Доктор Гари Ван Зант (Dr. Gary Van Zant)
Професоор интернальной медицины
Специализация: гематология/онкология
Место работы:Марки Раковый Центр Университета Кентуки University of Kentucky's Markey
Cancer Center

Должность:директор Лаборатории Обработки Стволовых Клеток
Научные интересы
:
Связь между раком и старением стволовых клеток, их воздействие на трансплантацию костного мозга, гены, регулирующие популяцию стволовых клеток.
Помощь раковым больным при химиотерапии
Исследования:
Сигнальный путь SLIT2-Robo:
Возможность белка SLIT2 сохранять здоровый уровень гематопоэтических стволовых клеток (ГСК). Химиотерапия может снизить уровень стволовых клеток, которые обычно самовоспроизводятся. Это может уменьшить количество клеток, отвечающих за свертывание крови. Возникает тромбоцитопения, которая лечится дорогостоящей трансфузией тромбоцитов.
SLIT2 - белок, характерный для всего царства животных, включая человека, выделяется клетками и привязывается к рецептору Robo на той же клетке или соседних. Сигнальный путь SLIT2-Robo играет ключевую роль в определении позиции клеток (чрезвычайно важно в эмбриогенезе). У млекопитающих SLIT2 определяет протяженность нервов в тканях, регулируя рост аксонов.
Цель исследований доктора Ван Занта - создать лиганд рецептора Robo - синтетический миметик SLIT2, который включает области преобразования молекул. Такие синтетические соединения могут быть добавлены в культуру клеток в лабораториях для определения безопасности этих веществ и их эффективности в выращивании популяций ГСК.
Сейчас лаборатория доктора Ван Занта работает с трансгенными мышами с повышенным уровнем  SLIT2. Исследователи измеряют количество ГСК и определяют физиологические побочные эффекты. Другим возможным применением этого исследования могло бы быть рассмотрение гематологических болезней, типа лейкемии и лимфомы. Третий возможный результат исследований - вырастить стоволовые клетки пуповины в лаборатории.  SLIT2 может оказаться полезным для предупреждения рака. Известно, что  SLIT2 угнетает многие раковые образования.(uknow.uky.edu/node/5271)
Результаты:
Ван Зант первым показал, что старение органа, особенно костного мозга, является следствием потери функций стволовых клеток. "Мы собираем и замораживаем стволовые клетки, которые должны быть трансплантированы обратно пациенту в случае лечения рака", - говорит доктор Ван Зант (http://www.rgs.uky.edu/odyssey/spring05/stemcells.html)

Популяция стволовых клеток:


Одна из последних отличительных работ: Группа доктора Ван Занта изучила, какие фенотипические различия у мышей могут привести к открытию новых генов, влияющих на регулирование стволовых клеток. Исследовательская группа использовала в качестве примера открытие регуляции латексином  естественных размеров популяции гемопоэтических стволовых клеток у мышей. Тот факт, что он является негативным регулятором числа стволовых клеток, и тем самым ингибирует экспансию стволовых клеток, побудило исследователей рассмотреть возможность того, что он действует как подавитель опухоли. Дан обзор экспериментальных данных, подтверждающих эту гипотезу.(Van Zant G. et al. Natural genetic diversity as a means to uncover stem cell regulatory pathways. Ann N Y Acad Sci. 2009 Sep)

Интересные публикации:

1. Интервал однородности генетически однородных мышей  CD45/Ly-5  содержит
несколько генов, которые могут повлиять на приживление гемопоэтических
стволовых клеток.
Congenic interval of CD45/Ly-5 congenic mice contains multiple genes that may influence hematopoietic stem cell engraftment.
Waterstrat A, Liang Y, Swiderski CF, Shelton BJ, Van Zant G.
Blood. 2010 Jan 14;115(2):408-17. Epub 2009 Nov 9.

2. Влияние старения на гематопоэтические и прогениторные клетки.
Effects of aging on hematopoietic stem and progenitor cells.
Waterstrat A, Van Zant G.
Curr Opin Immunol. 2009 Aug;21(4):408-13. Epub 2009 Jun 6. Review.

3. Немиогенные клекти, экспрессирующие Sca-1, вносят вклад в фиброз стареющей скелетной мышцы.
Sca-1-expressing nonmyogenic cells contribute to fibrosis in aged skeletal muscle.
Hidestrand M, Richards-Malcolm S, Gurley CM, Nolen G, Grimes B, Waterstrat A, Zant GV, Peterson CA.
J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2008 Jun;63(6):566-79.

Видеолекция доктора Ван Занта "Генетика и влияние старения на регуляцию стволовых клеток

Дэниэл Готтшлинг

Фермент San1p играет роль в контроле качества белков в ядре.


Профессор Дэниэл Е. Готтшлинг
Daniel E. Gottschling,Ph.D.
Специальность:
химия
Место работы:

Исследовательский центр Рака Фреда Хатчинсона (Fred Hutchinson Cancer Research Center )

Исследования:

Существует  взаимосвязь между возрастом и заболеваемостью раком. Но нет удовлетворительного объяснения корреляции. Один из признаков рака, нестабильность генома, наблюдается у всех видов организмов, включая дрожжи CEREVISIAE Saccharomyces. Недавно группа проф. Готтшлинга обнаружила, что дрожжевые клетки во второй половине их репликативной жизни переключаются в состояние высокой нестабильности генома, которое сохраняется до смерти. Геномная нестабильность проявляется как резкое увеличение потери гетерозиготности (LOH) в потомстве взрослых клеток. Возраст-индуцированная LOH носит качественно иной характер, чем в молодых клетках, LOH происходит путем взаимных рекомбинаций в молодых клетках, тогда как в старых клетках она происходит прежде всего через невзаимный путь репликации, вызванный разрывом. Кроме того, существует предвзятость: материнские клетки сохраняют натуральный тип, а дочерние проявляют LOH.

При рассмотрении этих и других последних результатов, группа проф. Готтшлинга работает в соответствии с гипотезой, что накопление поврежденных белков, или других молекул в процессе старения клеток приводит к потере функции генных продуктов, имеющих решающее значение для сохранения целостности генома. Ученые активно разрабатывают методы определения идентичности этих белков и их повреждения. Кроме того,  использованы генетические подходы, которые являются уникальными для дрожжей для выявления всех путей протекания LOH. В настоящее время исследования сосредоточены на тех мутантах, которые имитируют вызванные возрастом LOH-события. Сочетание этих подходов позволит понять молекулярные основы взаимосвязи между возрастом и генетической нестабильностью.

Рабочая гипотеза для возраст-индуцированной геномной нестабильности привела к поиску путей, которые обычно находят и ликвидируют поврежденные белки в ядре. Накопление дефектных или поврежденных белков может иметь катастрофические последствия для клеточной функции и жизнеспособности. От этого клетки защищены путями контроля качества белков, по которым проиcходит обнаружение аномального белка, а затем либо попытка восстановить их, рефолдинг белков в их натуральные структуры, или устранение их путем деградации. У эукариот пути борьбы с деградацией качества белка характеризуются в цитоплазме (секреторный путь), и митохондриях (все сайты синтеза белка). Но в ядре, там, где мало или вообще не синтезируется белок, ядерные белки изолированы от известных механизмов контроля за процессами деградации качества белков. Учитывая важность функции ядерных белков, исследователи были заинтересованы в нахождении путей контроля за процессами деградации качества белков, которые работают в ядре.

Изучая почкующиеся дрожжи S. cerevisiae, группа проф. Готтшлинга открыла первый путь контроля за процессами деградации качества белков в ядре. Он определяется San1p, убиквитин-протеин лигазой. Ученые обнаружили, что San1p связывается ассортиментом мутантных ядерных белков для убиквитинирования и последующего уничтожения протеасомами. Как ожидается, относящаяся к ядерному пути контроля качества белка, функция San1p требует своей ядерной локализации. Исследователи полагают, что San1p-опосредованная деградация может выступать в качестве последней линии обороны против пагубного накопления аномального белка в ядре. Сейчас ученые воспользовались биохимическими и генетическими подходами, уникальными для дрожжей, для разработки понимания молекулярных основ пути обнаружения и уничтожения аберрантных ядерных белков.

Одна из последних отличительных работ:
Корреляция между преклонным возрастом и увеличением заболеваемости раком привела группу проф. Готтшлинга к изучению влияния старения на сохранение генома. Поскольку потеря гетерозиготности (LOH) может привести к инактивации генов супрессоров опухоли и, следовательно, канцерогенезу, понимание влияния старения на этот тип мутаций  особенно важен.  Несколько факторов могут влиять на скорость LOH, в том числе увеличение количества повреждений ДНК, в частности двухнитевых разрывов (ДР), а также способность к эффективной ликвидации этого ущерба путями, которые сводят к минимуму потерю генетической информации. Из-за экспериментальных ограничений, есть только такие косвенные доказательства изменения уровня повреждений ДНК, как возраст человека. Однако последние исследования на модельных организмах показали, что темпы LOH увеличиваются с возрастом, и что репарация повреждений ДНК происходит различными путями в старых клетках по сравнению с молодыми клетками. Проф. Готтшлинг полагает, что возраст-зависимые изменения репарации ДНК могут объяснить, почему LOH увеличилась, и что результаты, полученные на этих модельных организмах, могут распространяться на людей. (Carr LL, Gottschling DE.Does age influence loss of heterozygosity? Experimental gerontology, 2008).

Интересные публикации:

1. Генетическое наблюдение за повышением потери гетерозиготности у Saccharomyces cerevisiae.
A genetic screen for increased loss of heterozygosity in Saccharomyces cerevisiae.
Andersen MP, Nelson ZW, Hetrick ED, Gottschling DE
Genetics, 179 (3), 1179-95.(Jul 2008).
2. Наблюдения летального синтеза определяют процессы подавления активности
генов дрожжей и связывают ацетилированную аминогруппу Sir 3 c
узнаванием нуклеосом ядра.
Synthetic lethal screens identify gene silencing processes in yeast and implicate the acetylated amino terminus of Sir3 in recognition of the nucleosome core.
Van Welsem T, Frederiks F, Verzijlbergen KF, Faber AW, Nelson ZW, Egan DA,Gottschling DE, van Leeuwen F.
 Molecular and cellular biology,28 (11), 3861-72. (Jun 2008).
3. Репарация ДНК: коррекция в золотые годы.
DNA repair: corrections in the golden years.
Gottschling DE.
Current biology : CB, 16 (22), R956-8.(Nov 2006)

Контакты:
Тел.: (206) 667-4496
Факс: (206) 667-5939
dgottsch@fhcrc.orghttp://labs.fhcrc.org/gottschling/

Ян Хоймейкерс

Повреждение ДНК


Ян Хоймейкерс (Jan Hoeijmakers)
Руководитель группы репарации эксцессии нуклеотидов (The nucleotide excision repair group)
Отдел генетики (Genetics Department).
Место работы: Медицинский Центр Эразмус,Роттердам, Нидерланды (Medical Genetics Cluster at the Erasmus
Medical Center
  in Rotterdam, the Netherlands).

Область научных интересов:
Молекулярная и медицинская генетика;
Молекулярная биология;
Молекулярная цитобиология;
Молекулярные основы канцерогенеза и старения;
Молекулярные основы биологических часов;
Генетическая стабильность;
Хромосомная стабильность;
Повреждение ДНК и его последствия;
Системы репарации ДНК;
Механизмы и биологические причины рака и исследования в области старения;
Синдромы репарации ДНК у человека: Xeroderma pigmentosum;  синдром Кокэйна; richothiodystrophy;
Моделирование наследственных дефектов и биологических часов человека на мышах.

Репарация путем вырезания нуклеотидов (NER) защищает организм от канцерогенеза, вызванного повреждением ДНК и от преждевременного старения. Генетические дефекты NER вызывают синдромы склоности к раку и болезни фотогиперчувствительности -  xeroderma pigmentosum, преждевременного старения  - синдром Кокэйна  и нарушения ломкости волос -trichothiodystrophy.
 

(веб-страница научной группы http://www.erasmusmc.nl/genetica/research/ner/introductie/?lang=en).

Результаты:
Ян Хоймейкерс изучает воздействия на восстановление ДНК и стабильность генома  млекопитающих. В частности, он клонировал первый из многих последующих человеческих генов репарации ДНК и обнаружил сильное эволюционное сохранение систем репарации ДНК вообще. Это обеспечило основание для разъяснения механизма реакции (NER). Кроме того, он установил молекулярные основы множества человеческих NER синдромов. Его команда внесла большой вклад в изучение стабильности генома. Я. Хоймейкерс установил функцию ключевых факторов в NER, например, роль комплекса ERCC1/XPF эндонуклеазы,
показал, что XPC комплекс - первичный фактор узнавания повреждения и обнаружил
новый механизм регулирования NER повреждением ДНК.

Некоторые мыши несут те же самые мутации, которые найдены у NER-пациентов, и показывают подобный фенотип. Изучение этих мутантов мышей ценно для понимания воздействия повреждения и репарации ДНК на канцерогенез и мутагенез и показало очень сильную связь со старением. У условных мутантов было вызвано ускоренное старение определенных органов/тканей. С помощью анализа профиля экспрессии, мощный ‘ответ выживания’ был идентифицирован  у быстро стареющих мутантов мышей, перенаправляющий ресурсы от роста и пролиферации на защиту. Этот ответ обеспечивает успешное старение, противодействует раку, может быть вызван постоянным повреждением  ДНК, и клеточно автономен. Эти результаты расширяют понимание молекулярных основ старения.
В настоящее время в рамках этого проекта ведется идентификация биомаркеров и составов, которые способны предотвратить многие связанные со старением болезни, включая рак.

Интересные публикации:

1. Новый прогероидный синдром, показывающий, что генотоксический стресс подавляет соматотрофную ось.
A new progeroid syndrome reveals that genotoxic stress suppresses the somatotroph axis.
Laura J. Niedernhofer, George A. Garinis, Anja Raams, Astrid S. Lalai,
Andria Rasile Robinson, Esther Appeldoorn, Hanny Odijk, Roos Oostendorp, Anwaar
Ahmad, Wibeke van Leeuwen, Arjan F. Theil, Wim Vermeulen, Gijsbertus T. J. van
der Horst, Peter Meinecke, Wim J. Kleijer, Jan Vijg, Nicolaas G. J. Jaspers
& Jan H. J. Hoeijmakers.
Nature 444, 1038-1043 (21 December 2006).

2. Обслуживание сохранения генома подавляет ось GH/IGF1 у мышей с синдромом Кокэйна.
Impaired genome maintenance suppresses the GH/IGF1 axis in Cockayne syndrome mice.
I. van der Pluijm, G.A. Garinis, R.M.C. Brandt, T.G.M.F. Gorgels, S.W. Wijnhoven, K.E.M.
Diderich, J. de Wit, J.R. Mitchell, C. van Oostrom, R. Beems, L.J. Niedernhofer, S. Velasco, E.C. Friedberg, K. Tanaka, H. van Steeg, J.H.J. Hoeijmakers, G.T.J. van der Horst
PLoS Biol.,23-38, January 2007.

3. Адаптивный стресс-ответ при сегментной прогерии имеет сходство с карликовостью при длительной жизни и ограничением калорийности питания у мышей.
Adaptive Stress Response in Segmental Progeria Resembles Long-Lived Dwarfism and Calorie Restriction in Mice.
Marieke van de Ven, Jaan-Olle Andressoo, Valerie B. Holcomb, Marieke von Lindern, Willeke M. C.
Jong, Chris I. De Zeeuw, Yousin Suh, Paul Hasty, Jan H. J.Hoeijmakers, Gijsbertus T. J. van der Horst, James R. Mitchell.
December 2006 Issue of PLoS Genetics

Контакты:
Тел:010 704 0 704
Email:
j.hoeijmakers@erasmusmc.nl
Персональная веб-страница Я. Хоймейкерса

Брайан Кеннеди

Антагонистическая активность Sir2 и Sas2 регулирует репликативную продолжительность жизни


Брайан Кеннеди, профессор биохимии
Brian Kennedy
Место работы: Унверситет Вашингтона, США (University of Washington, USA)

Направления исследований:
Старение – приоритетный объект исследования лаборатории. Стратегия исходит из сопоставительной геномики с использованием моделей беспозвоночных. Опознавая и сравнивая гены, которые затрагивают старение эукариот, группа Кеннеди идентифицировала набор консервативных путей сохранения долговечности, которые, вероятно, затронут и долгожительство млекопитающих.
Текущие проекты
:
1. Путь ТОР, трансляция белка и старение – Снижение ТОР-сигналинга продлевает жизнь дрожжей, червей, мух и мышей. Исследования лаборатории Кеннеди указывают, что главная выгода ингбирования ТОР – измененение трансляции, которое имеет множественное действие.Одно из них - увеличенная трансляция GCN4, который кодирует фактор транскрипции, регулирующий гены ответа на стресс (и другие). Текущая задача - идентифицировать цели GCN4, относящиеся к старению. Исследования также указывают, что уменьшение ТОР-сигналинга ведет к продлению жизни через независимые от GCN4 механизмы. Применяются несколько подходов к идентификации этих дополнительных механизмов. В лаборатории проф. Кеннеди создали и охарактеризовали нескольких мышей с нокаутированными генами компонентов пути mTOR. Изучаются фенотипы этих мышей, связанные со старением и возрастными заболеваниями. Мыши, испытывающие недостаток  ряда рибосомных субьединиц белка, также характеризуются.
2. Сиртуины и старение - Сиртуины - группа консервативных, зависимых от NAD+ деацетилаз, или ADP-рибозилтрансфераз. Сверхэкспрессия SIR2 у дрожжей и их ортолога у червей, SIR 2.1, ведет к продлению жизни. Кроме того, есть указания, что повышение экспрессии  ортолога млекопитающих, SIRT1, может благотворно влиять на ряд моделей возрастных болезней. В то время как механизмы действия ортологов SIR2, связанные со старением, были предложены в каждом организме, нет никакой объединенной модели для всех организмов. Группа проф. Кеннеди обнаружила при изучении дрожжей, что SIR2 продлевает жизнь по другому механизму, не связанному с внехромосомными кругами рДНК.

3. S6-киназа и старение – Уменьшение активности S6-киназы ведет к продлению жизни дрожжей, червей и мух. Группа проф. Кеннеди изучает S6-киназу беспозвоночных и мышей. Ученые характеризуют свойства мышей, испытывающих недостаток S6K1 и создают тканево-специфичные нокауты S6K1. Тканевоспецифичные нокауты будут использоваться для определения участков, где уменьшение активности S6K1 ведет к увеличению продолжительности жизни и защите от возрастных болезней. 
4. Ядерный ламин А – В течение ряда лет предметом изучения лаборатории Кеннеди
была регуляция  функций ядра ламином А. Ламины - единственные промежуточные
нити, которые ограничивают ядро. Это требуется для целостности ядра и надлежащего регулирования репликации и транскрипции. Ламин А подвержен мутациям при ряде болезней, включая мускульную дистрофию, кардиомиопатию и прогерию. Объектом недавних исследований было обеспечение нормальной сердечной и скелетной функции мышц ламином А и возникновение синдрома прогерии Хатчинсона-Гилфорда благодаря мутации ламина А. В этих исследованиях использовали первичную клеточную культуру и модельных мышей.

Одна из посдедних отличительных работ:

Сиртуины обеспечивают долговечность  разнообразных организмов; однако, их молекулярные механизмы регулирования старения остаются плохо понятыми. Sir2 дрожжей, первый найденный член семейства, устанавливает и поддерживает покой хроматина, перемещая ацетильный остаток с лизина 16 гистона H4 на другие белки, находящиеся в состоянии покоя. Проф. Кеннеди с соавт. сообщает о связанном с возрастом уменьшении количества белка Sir2, сопровождаемом увеличением ацетилирования лизина 16 гистона H4 и потере гистонов в определенных субтеломерных участках в репликативно старых клетках дрожжей, что приводит к снижению транскрипции в этих участках. Антагонистическая активность Sir2 и Sas2, ацетилтрансфераз гистонов, регулирует репликативную продолжительность жизни через лизин 16 гистона H4 в субтеломерных участках. Этот путь, отличный от существующих моделей старения дрожжей, может представлять эволюционно сохраненную функцию сиртуинов в регулировании репликативного старения сохранением неповрежденного хроматина теломер (Dang W et al. Histone H4 lysine 16 acetylation regulates cellular lifespan. Nature 459, 802-807, 11 June 2009).

Интересные публикации:
1. Старение: лекарство, увеличивающее среднюю продолжительность жизни?
Ageing: A midlife longevity drug?
Kaeberlein M, Kennedy BK.
Nature 460, 360-361 (16 July 2009).

2. Путь ТОР приходит с возрастом.
The TOR pathway comes of age.
Stanfel MN, Shamieh LS, Kaeberlein M, Kennedy BK.
Biochim Biophys Acta. 2009 Oct;1790(10):1067-74.

3. Ядерные ламины А действуют как транскрипционные репрессоры, когда попадают на промоторы.
A-type nuclear lamins act as transcriptional repressors when targeted to promoters.
Lee DC, Welton KL, Smith ED, Kennedy BK.
2009, Exp. Cell Res., 315, 996-1007.

Контакты:
Email:
bkenn@u.washington.edu
Тел.:
(206) 685-0111
Сайт лаборатории:
http://depts.washington.edu/biowww/faculty/kennedy.html

Эрик Кмик

Терапия наследственных заболеваний с помощью олигонуклеотидов, обеспечивающих репарацию мутировавших генов


Эрик Б. Кмик, Eric B. Kmiec, Ph.D.
Адъюнкт-профессор
Директор  Института Междисциплинарного Исследования Маршала (MIIR) Маршальского Университета

Область научных интересов:
Исследования этой лаборатории сконцентрированы на разработке терапии нуклеиновыми кислотами, в частности, молекулами, которые могут либо вызывать прямые генетические изменения в хромосомах клеток млекопитающих и животных моделях, либо принимать уникальные конформации, чтобы заблокировать деятельность мутировавшего белка. Используются биохимические и генетические системы анализа для изучения механизмов, с помощью которых эти изменения происходят, и того, как клетка регулирует эти генетические манипуляции. В настоящее время изучается направление выбора для репарации генов одноцепочечного олигонуклеотида ДНК, который управляет обратимостью  мутации одного основания путем привлечения эндогенной репарации ДНК и рекомбинации деятельности клетки. Репарация мутации одного основания этих олигонуклеотидов в настоящее время испытывается в качестве подхода генной терапии ряда заболеваний, включая унаследованную мышечную дистрофию и спинальную мышечную атрофию. Одноцепочечные векторы также проверяются на эффективность на животных моделях болезней человека через многочисленные совместные работы в крупнейших медицинских центрах. Эти задачи включают болезнь Криглара-Наджара и несовершенный остеогенез.
Лаборатория продолжает исследовать молекулярные механизмы, посредством которых производится изменение одного основания. В 2005 году группа Кмика предложила модель, в которой олигонуклеотид включен в растущую нить ДНК во время репликации. Независимые лаборатории уже подтвердили, что этот механизм, вероятно, отвечает за начальные этапы репарации генов, хотя другие варианты все еще возможны. Таким образом, лаборатория занимается разработкой новых методов, которые могут изменять скорость репликации ДНК с целью повышения эффективности ремонта генов.
Однонитевые олигонуклеотиды также используется в качестве аптамеров, ингибирующих патогенность болезни Хантингтона (HD). Обнаружено, что молекулы мономерных последовательностей гуанозина способны принять конформацию G-квартета, способны эффективно блокировать HD микро-процессы агрегации. Эта небольшая нетоксичная структура оказалась связанной с неправильно сложенным HD-белком, а также уровнем мРНК и предотвращением зарождения агрегации. Лаборатория Кмика использует биохимические и клеточные основы анализа для определения вариантов молекул, которые демонстрируют высокий уровень эффективности, а также для понимания механизма этого уникального процесса в деталях. G-квартеты также используются, чтобы вызвать апоптоз в раковых клетках пищевода. Эти молекулы проявляют уникальные свойства, позволяющие им различать нормальные и злокачественные типы клеток. Механизмы, с помощью которых это происходит, изучаются в клетках и на животных моделях.


Одна из последних отличительных работ:

Спинальная мышечная атрофия (СМА), рецессивное нервно-мышечное заболевание, вызывается мутациями или делециями в гене SMN1. Ген SMN2 присутствует в той же области хромосомы 5 и подобен по последовательности ДНК гену SMN1 за исключением T в позиции +6 экзона 7, что, вероятно, является преобладающим функциональным различием между этими двумя генами. Это изменение влияет на сплайсинг РНК, что приводит к удалению экзона 7 из зрелых мРНК, и только 10% от полной длины транскриптов изготавливаются из гена SMN2. Лаборатория Э. Кмика показала, что однонитевый олигонуклеотид (ODN) может быть использован для репарации генов с мутацией одного основания в натуральной хромосоме. При этом использованы ODN со специфической последовательностью SMN2, чтобы направить обмен Т на С в фибробластах кожи. Проведена трансформация клеток с помощью ODN, состоящего либо из 47 либо из 75 оснований, и предназначенного для скрещивания либо с транскрибированной, либо с не транскрибированной нитью ДНК в гене SMN2. Преобразование генотипа SMN2 в SMN1 было обнаружено, когда добавили конкретные ODN. В результате наблюдалось увеличение производства полнометражных SMN мРНК, и белка SMN. И наконец, должным образом локализованные SMN белка были обнаружены только в целевых клетках. Это первый доклад об использовании ODN прямым генетическим преобразованием SMN2 в SMN1 в клетках человека, больного СMA. (DiMatteo D et al.Genetic conversion of an SMN2 gene to SMN1: a novel approach to the treatment of spinal muscular atrophy.  Exp. Cell Res. 2008).

Интересные публикации:
1. Репликация ДНК, прогрессия клеточного цикла и целенаправленная реакция репарации генов.
DNA replication, cell cycle progression and the targeted gene repair reaction. 
Engstrom JU, Kmiec EB.
Cell Cycle.. 2008;7(10):1402–1414. 2008; 7 (10):1402-1414.

2. Богатые гуанином олигонуклеотиды изменяют прогрессию клеточного цикла и
вызывают апоптоз в частности, в опухолевых клетках OE19 пищевода.
G-rich oligonucleotides alter cell cycle progression and induce apoptosis specifically in OE19 esophageal tumor cells.
Schwartz TR, Vasta CA, Bauer TL, Parekh-Olmedo H, Kmiec EB.
Oligonucleotides 2008;18(1):51–63. 2008, 18 (1) :51-63.

3. Манипулирование прогрессией клеточного цикла может противодействовать очевидной потере частоты коррекции последовательности репарации генов, направленной олигонуклеотидом .
Manipulation of cell cycle progression can counteract the apparent loss of correction frequency
following oligonucleotide-directed gene repair.

Engstrom JU, Kmiec EB.
BMC Mol Biol. 2007;8:9. 2007; 8:9.

Контакты:
Веб-страница Э. Кмика:
http://www.bio.udel.edu/people/eric-kmiec.php
Телефон: (304) 696-3830
Электронная почта: kmiec@marshall.edu
Адрес:
Robert Byrd Biotechnology Science Center, Room 241R Роберт Берд Научный Центр Биотехнологий, зал 241R
1700 3rd Avenue. Huntington, WV 25755

Джеймс Ларрик

Революция в области трансгенеза и генных нарушений с помощью траспозиций Р-элементов


Джеймс Ларрик
James Larrick, MD PhD.
со-основатель NeuroMolecular Pharmaceuticals
президент и председатель PanGenetics B.V
Vice President at Planet Biotechnology Inc

Интересы:
Доктор Дж. Ларрик, MD, имеет международную репутацию в биотехнологии цитокинов, терапевтических антител, молекулярной биологии, фармацевтическом развитии препаратов. Доктор Ларрик занимался  различными аспектами терапевтических антител и и других терапевтических белков. Основал более 12 биофармацевтических компаний, включая: Panorama Research Inc, Planet Biotechnology Inc, Kalabios Inc, Nugen Technologies Inc, Medlogic Inc, Panolife Products Inc, PanResearch Inc, Neuromolecular Inc, Absalus Inc, и Quality Clinical Labs Inc в Калифорнии. PanGenetics B.V. (слилась с Tanox Inc) и TargetQuest B.V. (слилась с Dyax Inc) в Нидерландах. В настоящее время доктор Ларрик продолжает преследовать предпринимательские цели через TENEX Medical Investors в Силиконовой Долине и 7X, инвестиционный фонд в Нидерландах.

P-элементы:
Транспозон — последовательность ДНК, способная перемещаться внутри генома в результате процесса, называемого транспозицией. Транспозоны — один из классов мобильных элементов генома которые, встраиваясь в геном, могут вызывать мутации, в том числе и такие значительные как хромосомные перестройки. Они играют важную роль в процессах переноса лекарственной устойчивости среди микроорганизмов, рекомбинации, и обмена генетическим материалом между различными видами как в природе (горизонтальный перенос генов), так и в ходе генно-инженерных исследований.
P-элемент -  транспозон , присутствующий в фруктовой мухе Дрозофила melanogaster, который используется широко для мутагенеза и создания генетически измененных мух, используемых для генетического исследования. P элемент вызывает фенотип, известный как гибрид дисгенеза.


 Анатомия Р-элемента (modified from Lindsley and Zimm 1992)

Взаимозаменяемые элементы стали обязательным инструментом для исследования во многих организмах. Эффективность интеграции транспозона P-элемента значительно увеличила возможости исследователей дрозофилы. Однако, поскольку P-элемент был неспособен объединить ДНК вне семейства Drosophilidae, эта эффективная система транспозонов была недоступна использованию в других организмах до сих пор. Измененные последовательности Р-элементов проектировались, чтобы позволить этой системе транспозонов эффективно объединить трансгены в разнообразных культурах клеток, от птичьих до человеческих. Патентованная система транспозонов, названная StealthGene (C), может также поставить измененные гены в организм животного, включая мышей, крыс, козлов и свиней. На мышах и крысах, перемещение StealthGene (C) ведет к передаче линии эмбрионов. Высокий процент потомства содержит и экспрессирует перемещенный трансген.  Развитая позже технология, Целевая Поставка Гена (Targeted Gene Delivery) (TGD), использует измененный P-элемент в соединении с определенными геномными последовательностями и учитывает сайт-специфичную генную интеграцию для нокаутирования генов и трансгенеза. Сочетание технологий  StealthGene (C) и TGD позволяют быстрое изменение геномов у млекопитающих и являются очень мощными способами ускорения исследования болезней типа атеросклероза, нейродегенерации, иммунных нарушений и процессов старения. Потенциал для невирусной генной терапии человека с использованием этих технологий может скоро стать действительностью (J.W. Larrick.Revolutionizing Transgenesis and Gene Disruptions using P-element Transposition).

Интересная публикация о технологии StealthGene (C):
Оптимизация производства животных моделей для целевой и предварительной валидации.
Optimizing the production of animal models for target and lead validatio.
Patrick Fogarty.

Интересная публикация о TGD:
Оптимизация целевой поставки генов: химическая модификация вирусных векторов и синтез искусственных вирусных векторных систем.
Optimizing Targeted Gene Delivery: Chemical Modification of Viral Vectors and Synthesis of Artificial Virus Vector Systems.
Boeckle S, Wagner E.
AAPS Journal. 2006; 8(4): Article 83.

Интересные публикации Дж. Ларрика:
1.Цепные реакции полимеразы с использованием смешанных праймеров: клонирование человеческих моноклональных антител генов из разных областей отдельных клеток гибридомы.
Polymerase chain reaction using mixed primers: cloning of human monoclonal antibody variable region genes from single hybridoma cells.
Larrick, James W.;Danielsson, Lena;Brenner, Carol A.; Wallace, Ellen F.; Abrahamson, Magnus; Fry, Kirk E.; Borrebaeck,Carl A. K.
Bio/Technology (1989), 7(9),934-8.

2. Защитное влияние на гипогликемические и бета клетки аналогов андрографолида для лечения диабета.
Hypoglycemic and beta cell protective effects of andrographolide analogue for diabetes treatment.
Zhang Z, Jiang J, Yu P, Zeng X, Larrick JW, Wang Y.
J Transl Med. 2009 Jul 16.

3. Ранняя адгезия полученных из костного
мозга мезенхимальных стволовых клеток к коллагеновым электроспининговым волокнам.
Early adhesive behavior of bone-marrow-derived mesenchymal stem cells on collagen electrospun fibers.
Chan CK, Liao S, Li B, Lareu RR, Larrick JW, Ramakrishna S, Raghunath M.
Biomed Mater. 2009 Jun;4(3):35006. Epub 2009 May 14.

4. Синтез и оценка антибактериальной активности аналогов андрографолида.
Synthesis and evaluation of antibacterial activities of andrographolide analogues.
Jiang X, Yu P, Jiang J, Zhang Z, Wang Z, Yang Z, Tian Z, Wright SC, Larrick JW, Wang Y.
Eur J Med Chem. 2009 Jul;44(7):2936-43. Epub 2008 Dec 25.  

Издана книга Дж. Ларрика:
Генная терапия: Приложение молекулярной биологии.
Gene Therapy: Application of Molecular Biology : James W. Larrick, Kathy L. Burck, 1992 (свободный просмотр недоступен).

Контакты:
Transomix, Inc., 2462 Wyandotte St., Mountain View, CA 94043, USA
Planet Biotechnology Inc. 25571 Clawiter Road, Hayward, CA 94545

Комментарии

Оставить комментарий

Поделиться с друзьями

Share on Twitter