Войти
Логин:
Пароль:
Забыли пароль?
научная деятельность
структура институтаобразовательные проектыпериодические изданиясотрудники институтапресс-центрконтакты
русский | english
Научные подразделения >> Лаборатория № 6 >> Информационные процессы в живых системах...

В рамках направления «Информационные процессы в живых системах и биоинформатика» в лаборатории проводятся исследования по трем темам:

  • (1) модели эволюции белка, вида, регуляторного сигнала; поиск событий молекулярной эволюции, включая горизонтальные переносы генов;
  • (2) модели аттенюаторной и других РНК-овых регуляции, поиск сайтов таких регуляций; поиск сайтов белок-ДНК/РНКовой регуляции транскрипции и трансляции;
  • (3) транскрипция и регуляция генов пластид растений и водорослей: идентификация генов сигма-субъединиц РНК-полимераз и их промоторов, эволюция промоторов и регуляторных элементов.

Эти исследования ведут к.б.н. А.Г. Витрещак, к.ф.-м.н. К.Ю. Горбунов, д.ф.-м.н. П.В. Голубцов, О.А. Зверков, д.ф.-м.н. В.Г. Кановей, К.В. Лопатовская, д.ф.-м.н. В.А. Любецкий, к.б.н. Е.А. Лысенко, к.б.н. Л.Ю. Русин, к.ф.-м.н. А.В. Селиверстов совместно с к.ф.-м.н. Е.А. Асариным (лаборатория 1), д.ф.-м.н. В.В. Вьюгиным (лаборатория 1), д.б.н. М.С. Гельфандом (УНЦ), к.ф.-м.н. Е.В. Любецкой (сектор 2), д.ф.-м.н. Е.А. Жижиной (лаборатория 4), к.ф.-м.н. С.А. Пироговым (лаборатория 3) и к.т.н. Л.И. Рубановым (лаборатория 2).

Основные результаты по этим темам следующие, подробнее см. список публикаций в биологических журналах:

(1) Предложен метод удаления филогенетического шума в множественном выравнивании нуклеотидных или аминокислотных последовательностей на основе специального варианта относительной энтропии – энтропии разбиения строк (видов) множественного выравнивания (для каждого фиксированного столбца отдельно) относительно списка надежных клад видов. Предложены алгоритм и программа для эффективного множественного выравнивания последовательностей на основе известного дерева видов. Предложены алгоритм и соответствующий пакет программ для согласования набора эволюционных деревьев генов – для построения супердерева (дерева видов). Предложены модель горизонтальных переносов генов и модель для выбора сценария основных эволюционных событий молекулярного уровня (дупликаций, потерь и переносов). На этой основе проведен массовый счет, который привел к описанию филогенетических деревьев белков и видов и основных эволюционных событий в них. В частности, обнаружено около 100 событий горизонтального переноса генов различных тРНК-синтетаз, лигаз и рибосомальных белков. Предложена модель эволюции частотной матрицы нуклеотидов, которая учитывает резкие изменения этой матрицы на некоторых ребрах дерева эволюции фактора транскрипции (эти ребра образуют эволюционный сценарий). На основе этой модели проведен счет и получены эволюционные сценарии для многих факторов транскрипции, включая NrdR (регуляция гена рибонуклеотид-редуктазы и других генов, связанных с репликацией), MntR (регуляция транспорта марганца), LacI (регуляция катаболизма сахаров), FNR/CRP (регуляция реакции на нитритный стресс), Fur (регуляция генов транспорта и метаболизма железа), MUR (регуляция генов транспорта и метаболизма марганца), Rrf2 (большое семейство, состоящее из подсемейств CysR, IscR, NsrR, RirA и регулирующее гены, связанные с метаболизмом серы, железа и реакцией на нитритный стресс). Получены две разные модели эволюции регуляторного сигнала, механизм которого существенно зависит от формирования альтернативных вторичных структур РНК, например, сигнала классической аттенюаторной регуляции. Первая из них основана на развитии гиббсовского подхода – биологически соответствующий функционал выражает требования максимальной консервативности вторичной структуры сигнала вдоль путей эволюции разных видов и максимальной вероятности данного развития первичной структуры сигнала, включая вставки и удаления ее произвольных участков. Вторая из них основана на биологических принципах: минимального числа событий в эволюции и максимального сохранения современной вторичной структуры сигнала. На основе этих моделей проведен счет, который дал результаты согласные между моделями и согласные с современными данными по этим сигналам. Счет проведен для классической аттенюаторной регуляции, для Т-боксовой и RFN-регуляций.

(2) Получена математическая модель классической аттенюаторной регуляции экспрессии генов, связанных с метаболизмом аминокислот; разрабатываются аналогичные модели для Т-боксовой и RFN-регуляций. Показана высокая степень согласованности первой модели с известными данными о наличии или отсутствии такой регуляции. Предложены два новых потенциальных механизма регуляции экспрессии гена, кодирующего 2-изопропилмалатсинтазу, фермента для синтеза лейцина. Впервые показано, что Т-боксовая регуляция может осуществляться на уровне трансляции РНК. Проведен массовый поиск классической аттенюаторной, Т-боксовой и других РНКовых регуляций, предсказаны новые случаи таких регуляций. Например, предсказаны регуляции: на уровне трансляции посредством Т-бокса для гена ileS у многих актинобактерий и посредством специальных псевдоузлов для гена leuA у Actinomycetales, за исключением Propionibacterineae, и у альфа-протеобактерий. В первом случае это – введенный нами LEU-элемент, а во втором – регуляция посредством вторичной структуры с псевдоузлом в сочетании с геном лидерного пептида; разрабатываются модели этих регуляций. Предсказана регуляция на уровне процессинга мРНК посредством длинной шпильки с повтором из 8 нуклеотидов для гена mntH у Brucella. Найдены семейства белок-ДНКовых регуляторных сайтов активации и репрессии транскрипции у генов гамма-протеобактерий и Грам-положительных бактерий. Для разных групп организмов найдены новые потенциальные сайты связывания регуляторов, например, GlpR. Другой пример – сайт связывания транскрипционного регулятора перед генами синтеза пролина у гамма-протеобактерий родов Pseudomonas и Shewanella.

(3) Исследованы промоторы, зависящие от РНК полимераз бактериального типа в пластидах растений и водорослей. Показана высокая консервативность промоторов у большинства представителей таксона Streptophyta, включая водоросли, перед генами psaA, psbA, psbE, rbcL. Промотор перед геном psbB предсказан у большинства семенных растений. С другой стороны, промоторы перед генами psbN и atpH предсказаны только у цветковых растений. Филогенетическое распределение предсказанных промоторов перед этими генами согласуется с тем, что ортологи Sig3 предсказаны у многих цветковых растений, но не найдены у мха Physcomitrella patens. Показано изменение промотора перед psbN у однодольных растений: в области промотора возник консервативный тандемный повтор. Промотор перед геном ndhF, зависимый от сигма-фактора Sig4, предсказан лишь у представителей нескольких семейств двудольных растений, включая Крестоцветные, Рутовые, Виноградовые, Платановые. Он не найден у многих других семейств двудольных растений, что позволяет предположить очень быструю эволюцию этого промотора. У многих двудольных растений найдены ортологи Sig4 или соответствующие псевдогены. В частности, в нуклеоме тополя Populus trichocarpa найден псевдоген sig4, но в пластоме не обнаружен консервативный промотор перед геном ndhF. С целью поиска промоторов бактериального типа у всех полностью севенированных геномов хлоропластов растений и водорослей исследованы 5"-лидерные области 26 генов, среди которых девять имеют промоторы, консервативные за пределами одного семейства. Сейчас продолжается работа по исследованию корреляции сигма-факторов и специфических к ним промоторов. Также продолжается работа по исследованию регуляции генов хлоропластов. Ранее нами предсказана регуляция на уровне трансляции или процессинга мРНК у генов clpP, petB, psaA, psbA, psbB у многих растений и водорослей. Причём для генов clpP и petB наблюдается высокая корреляция между наличием регуляции и сплайсинга.

НОВОСТИ И ОБЪЯВЛЕНИЯ
Заведующий Лабораторией №12 "Изучение информационных процессов на клеточном и молекулярном уровнях" ...
13 декабря (вторник) в Сколково состоится совместный воркшоп Сколтеха и крупнейшей международной кол...
Семинар <<Глобус>> Независимого Московского Университета: 15 декабря в 15.40 в НМУ, конференц-зал. V...
Биоинформатики ИППИ РАН Егор Базыкин и Дмитрий Родионов вошли в список лучших молодых ученых России ...
Семинар лаборатории № 8: 8 декабря в 14:30 в ИПЭЭ РАН. Е.М. Максимова. Уточнение стратификации оконч...
Все новости   
 

 

  © Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича Российской академии наук, 2016
Об институте  |  Контакты  |  Старая версия сайта