чл.-корр.РАМН
В.С.Гайцхоки
(рук.1992-2000)

 

 

  

Руководитель отдела
Вадим Борисович Васильев, проф., д.м.н.

тел.: (812) 234 5606,    (812) 234 3356

В 60-х годах прошлого века в Институте были организованы два научных подразделения — Лаборатория биохимической генетики и Отдел эмбриологии. Первое из них возглавил член-корреспондент АМН СССР С.А. Нейфах, второе — профессор А. П. Дыбан.
В начале 90-х годов в результате объединения двух научных коллективов был сформирован Отдел молекулярной генетики, руководство которым было возложено на члена-корреспондента РАМН В. С. Гайцхоки. С 2000 года Отделом руководит профессор док. мед. н. В. Б. Васильев.

В отделе 4 лаборатории:

  • лаборатория молекулярной генетики человека (рук. —д.м.н. М. М. Шавловский),

  • лаборатория молекулярной цитогенетики развития млекопитающих (рук. — д.б.н. Е. Л. Паткин),

  • лаборатория биохимической генетики (рук. —д.б.н. М. Ю. Мандельштам),

  • лаборатория стволовых клеток (рук. — проф., д.м.н В. Б. Васильев).

Основным направлением Отдела является изучение практически всех вариантов наследственной патологии человека - от мутаций, вызванных изменениями всего одного гена (так называемых моногенных мутаций), до механизмов хромосомных аберраций и нарушений в масштабе всего генома.

За последние годы широко развернулись работы по изучению наследственных признаков, связанных с митохондриальной ДНК (мтДНК), но, помимо этого, и с такими особенностями состояния хромосом, как пространственная укладка хроматина, присутствие/отсутствие сателлитных последовательностей в ДНК. Все эти варианты наследования признаков объединяются в понятие "эпигенетика". Кроме того, уделяется много времени изучению синтеза белков и их структуры, причем особый интерес исследователей вызывают изменения в белках, возникающие при наследственных заболеваниях. За последние 10 лет сотрудниками Отдела были развернуты популяционно-генетические исследования среди населения Санкт-Петербурга и всего Северо-Западного региона, направленные на определение спектра мутаций, вызывающих социально значимые заболевания. И, наконец, в самое последнее время усилия ряда коллег Отдела направлены на совершенствование так называемых клеточных технологий.

Изучая передачу по материнской линии информации, заключенной в геноме митохондрий, сотрудники Отдела нашли подход к получению генно-инженерной модели наследственных заболеваний человека, связанных с повреждениями структуры мтДНК. При накоплении в клетках мутантной мтДНК угнетается энергетический обмен в тканях, что проявляется как нейродегенеративное заболевание, нередко приводящее к гибели уже в молодом возрасте.

В серии работ 1999-2005 год были получены трансгенные животные, в клетках которых наряду с их собственной мтДНК содержится мтДНК человека. Такой подход закладывает основу для моделирования разных вариантов "митохондриальной патологии" тем более, что и чужеродная мтДНК передается в поколениях животных по материнской линии.

За последние 10-12 лет была обследована санкт-петербургская популяция с целью обнаружения уже известных и описания новых мутаций в гене рецептора липопротеинов низкой плотности (ЛНП). Эти мутации вызывают гиперхолестеринемию. В семьях с их носительством высокие концентрации холестерина в крови приводят к развитию в молодом возрасте ишемической болезни сердца. Обычно страдает несколько членов семьи. Необходимо найти мутации у еще здоровых членов семей, чтобы вовремя начать их лечение и не допустить ранней инвалидизации или гибели. Всего было найдено 34 мутации, из которых 18 описаны впервые. Из числа носителей мутаций 17,6% составляют пока здоровые дети, и их выявление имело особое значение. В результате сегодня санкт-петербургская популяция — наиболее хорошо изученная группа населения в России в отношении мутаций в гене рецептора ЛНП.

Аналогично ведутся популяционные исследования с целью обнаружения мутаций в гене BRCA I. Мутации в этом гене связаны с частым возникновением рака молочной железы и яичника, и поэтому наше пристальное внимание привлекают семьи, в которых эти заболевания на протяжении 2-3 поколений возникали существенно чаще. Именно в таких семьях нередко выявляется BRCA I с уже описанными или ранее неизвестными мутациями. В санкт-петербургской популяции ведется и поиск мутаций, связанных с развитием одной из форм открытоугольной глаукомы.

После репликации ДНК метилирование ее дочерних копий далеко не всегда соответствует схеме в их предшественнице. Этот феномен более 10 лет изучают сотрудники Отдела. Проведенные исследования показали, что сестринские хроматиды отличаются по характеру метилирования, и что хроматин в них компактизован по-разному. Это указывало на разную пространственную организацию хроматид. По-разному метилированные сестринские хроматиды в клетках доимплантационного зародыша определяют дальнейшую дифференцировку клеток.

Около 10 лет назад в Отделе начали изучать условия как обратимой, так и необратимой денатурации церулоплазмина — медьсодержащего белка, структура и функции которого изменены при некоторых наследственных нейродегенеративных заболеваниях.
Оказалось, что удаление всех шести ионов меди из молекулы церулоплазмина приводит к его переходу в состояние расплавленной глобулы. Некоторые белки могут вернуться к компактной укладке, но для церулоплазмина состояние расплавленной глобулы является "точкой невозвращения", поскольку ренатурация с восстановлением функций белка оказалась невозможной.

Удаление из церулоплазмина только четырех из шести ионов меди ведет к потере ферментативной активности, но при благоприятных условиях он может вернуться к нативному состоянию и, встроив в молекулу ионы меди, снова стать активным ферментом. При исследовании методом малоуглового рассеяния рентгеновских лучей выяснилось также, что в нативном церулоплазмине ионы меди играют роль фиксатора, соединяющего противоположные концы белковой цепи. Утрата критически важных ионов металла позволяет белку развернуться так, что ранее соединенные N- и C-конец отдаляются, перестают взаимодействовать, и церулоплазмин теряет способность встраивать обратно ионы меди и принимать исходную конформацию.

Несколько лет назад сотрудники Отдела описали, а затем подробно охарактеризовали, специфический комплекс, образуемый двумя белками острой фазы воспаления — церулоплазмином и лактоферрином. Лактоферрин в норме содержится в молоке, слюне, слезной и семенной жидкостях, а также в секреторных гранулах нейтрофильных лейкоцитов. Взаимодействие двух белков избирательно, т.е. в модельных экспериментах из многих возможных партнеров они выбирают друг друга и формируют комплекс. Этот феномен наблюдается не только in vitro, но и in vivo. При потере церулоплазмином ионов меди, они могут встраиваться в лактоферрин. В последнее время сотрудники Отдела показали, что лактоферрин, образуя комплекс с церулоплазмином, повышает ферментативную активность последнего.

Результаты, полученные в Отделе при изучении структуры и функций металлосодержащих белков, имеют как теоретическое, так и практическое значение. В частности, с учетом последних данных разрабатываются подходы к использованию специальных молекул-зондов для оценки компактности того или иного белка при ряде дегенеративных заболеваний.

С начала 90-х годов прошлого столетия сотрудники Отдела активно сотрудничают с зарубежными коллегами из Италии, Франции, Германии, скандинавских стран, что в ряде случаев позволило на практике проверить некоторые из наших гипотез, перенять ряд современных методов и приобщить нашу молодежь к работе в условиях, нередко весьма отличающихся от отечественных. Сотрудничество это носит как двусторонний, так и многосторонний характер; свидетельство последнему — участие наших коллег из двух лабораторий в европейских проектах по программе INTAS. В настоящее время исследования Отдела поддержаны не только Президентской программой, но и девятью грантами по инициативным проектам РФФИ.

В ближайшие планы развития исследований в Отделе входит наращивание темпов изучения механизмов дифференцировки, главным образом применительно к эмбриональным стволовым клеткам; расширение популяционно-генетических исследований в Санкт-Петербурге и, в целом, на Северо-Западе России; углубление абсолютно приоритетных работ на трансгенных животных с чужеродной мтДНК; переход на новый уровень исследований металлосодержащих белков на клеточных культурах.