МЕГАГРАНТЫ

Лаборатория клеточного деления

О лаборатории

Наименование проекта Механизмы кинетохор-зависимого образования микротрубочек у Drosophila

Ссылка на сайт лаборатории

№ договора:
14.Z50.31.0005

Наименование ВУЗа:
ФГБУН «Институт молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения Российской академии наук»

Области научных исследований:
Биология

Цель проекта:
Проведение исследований по направлению «Механизм роста микротрубочек, направляемых кинетохором, у дрозофилы»*, формирование высококвалифицированного научного коллектива, способного решать задачи современной клеточной биологии на мировом уровне.

Задачи проекта: 
— Разработка новых методов для анализа роста микротрубочек, направляемых кинетохором.
— Поиск и функциональная характеристика новых белков, необходимых для роста микротрубочек,
направляемых кинетохором.
— Функциональный анализ эволюционно высококонсервативных гомологов белков дрозофилы, контролирующих митоз, в культуре клеток человека.

Ведущий учёный

gatti 

ФИО: Гатти Маурицио

 

Ученые степень и звание:
Доктор философии, Профессор генетики

Занимаемая должность:
Профессор Отдела биологии и биотехнологии Института молекулярной биологии и патологий Национального исследовательского совета Римского университета ла Сапиенца (Италия)

Области научных интересов:
Исследование структуры гетерохроматина и хромосом, митотического и мейотического деления клеток, а также организации и эволюции теломер.

Научное признание:

Обнаружение того, что факторы фертильности, расположенные на Y-хромосоме дрозофилы, являются огромными по протяженности генами и формируют гигантские петли типа ламповых щеток, выполняющие прежде всего структурную, а не белок-кодирующую функцию (1983–1988 гг.).
Обнаружение и характеристика мутантов дрозофилы с нарушенной конденсацией хромосом и дефектами цитокинеза (1979–1989 гг.).
Выявление генов, ответственных за предотвращение слияния теломер (1997 г.).
Исследования молекулярных механизмов цитокинеза и демонстрация того, что в разных клеточных типах дрозофилы, содержащих центросомы, сборка веретена деления осуществляется разными способами (1998–2013 гг.).

Результаты, полученные Маурицио Гатти, послужили отправной точкой для последующей идентификации многих эволюционно-консервативных генов, контролирующих митоз как у дрозофилы, так и у человека.
Работа ученого способствовала открытию мультибелкового комплекса «терминин», который специфично ассоциируется с концами хромосом дрозофилы и является функциональным аналогом мультибелкового комплекса «шелтерин» у млекопитающих.

Lattao R., Bonaccorsi S. and Gatti M. (2012). Giant meiotic spindles in males from Drosophila species with giant sperm tails. J. Cell Sci., 125: 584-588.

Raffa GD., Raimondo D., Sorino C., Cugusi S., Cenci G., Cacchione S., Gatti M. and Ciapponi L. (2010). Verrocchio, a Drosophila OB-fold containing protein, is a component of the terminin telomere-capping complex. Genes & Dev., 24: 1596-1601.

Raffa GD., Siriaco G., Cugusi S., Ciapponi L., Cenci G., Wojcick E. and Gatti M. (2009). The Drosophila modigliani (moi) gene encodes a HOAP-interacting protein required for telomere protection. Proc. Natl. Acad Sci. USA 106: 2271-2276.

Somma MP., Ceprani F., Bucciarelli E., Naim V., De Arcangelis V., Piergentili R., Palena A., Ciapponi L., Giansanti MG., Pellacani C., Petrucci R., Cenci G., Vernì F., Fasulo B., Goldberg ML., Di Cunto F. and Gatti M. (2008) Identification of Drosophila mitotic genes by combining co-expression analysis and RNA interference. PloS Genetics, 4(7): e1000126. doi:10.1371/journal.pgen.1000126.

Giansanti MG., Bucciarelli E., Bonaccorsi S. and Gatti M (2008) Drosophila Spd-2 is an essential centriole component required for PCM recruitment and astral microtubule nucleation. Curr. Biol., 18: 303-309.

Musarò M., Ciapponi L., Fasulo B., Gatti M. and Cenci G. (2008). Unprotected Drosophila telomeres activate the spindle assembly checkpoint. Nature Genetics, 40: 362-366

Raffa GD., Cenci G,. Siriaco G., Goldberg ML. and Gatti M. (2005). The putative Drosophila transcription factor Woc is required to prevent telomeric fusions. Mol Cell. 20: 821-831.

Cenci G., Siriaco G., Raffa GD., Kellum R. and Gatti M. (2003) The Drosophila HOAP protein is required for telomere capping. Nature Cell Biol., 5: 82-84.

Bucciarelli E., Giansanti MG., Bonaccorsi S. and Gatti M., (2003) Spindle assembly and cytokinesis in the absence of chromosomes during Drosophila male meiosis. J. Cell Biol., 160: 993-999.

Bonaccorsi S., Giansanti MG. and Gatti M. (2000) Spindle assembly in Drosophila neuroblasts and ganglion mother cells. Nature Cell Biol., 2: 54-56.

Результаты исследований

Omelyanchuk LV, Munzarova AF. Theoretical model of mitotic spindle microtubule growth for FRAP curve interpretation. BMC Systems Biology, doi:10.1186/s12918-016-0378-9, 2017

Strunov A, Boldyreva LV, Pavlova GA, Pindyurin AV, Gatti M, Kiseleva E. A simple and effective method for ultrastructural analysis of mitosis in Drosophila S2 cells. MethodsX 3: 551-559, 2016

Павлова ГА, Попова ЮВ, Мунзарова АФ, Галимова ЮА, Разуваева АВ, Ренда Ф, Сомма МП, Пиндюрин АВ, Гатти М. Факторы, обусловливающие характер повторного роста микротрубочек веретена деления после деполимеризации тубулина у Drosophila melanogaster. Acta Naturae, спецвыпуск (2), 70, 2016
Попова ЮВ, Павлова ГА, Мунзарова АФ, Разуваева АВ, Ренда Ф, Сомма МП, Пиндюрин АВ, Гатти М. Исследование генетического контроля кинетохор-зависимого роста микротрубочек в культуре клеток S2 Drosophila melanogaster при помощи РНК-интерференции. Acta Naturae, спецвыпуск (2), 71, 2016

Munzarova A, Popova J, Razuvaeva A, Shloma V, Gatti M, Omelyanchuk L. Accurate measurement of poleward microtubule flux in the spindle of Drosophila S2 cells. Cell Biol Int, 40: 984-990, 2016

Pavlova GA, Galimova YuA, Popova YuV, Munzarova AF, Razuvaeva AV, Alekseeva AL, Berkaeva MB, Pindyurin AV, Somma MP, Gatti M, Renda F. Factors governing the pattern of spindle microtubule regrowth after tubulin depolymerization. Цитология 58: 299-303, 2016

Andreyeva EN, Pechkovsky EV, Pindyurin AV, Gatti M. Pathways of spindle formation in Drosophila mitotic and meiotic cells. Цитология 58: 295-298, 2016

Pindyurin AV, Gatti M. Chromosomes in the taiga. Chromosome Res, 23: 641-647, 2015

Мариловцева ЕВ, Омельянчук ЛВ. Ген hrs и границы компартментов имагинального крылового диска Drosophila melanogaster. Генетика, 51: 1207–1211, 2015

Мариловцева ЕВ, Дубатолова ТД, Галимова ЮА, Копыл СА, Омельянчук ЛВ. Исследование клеточной локализации Hrs и других маркеров эндосом в сперматогенезе Drosophila melanogaster с помощью химерных GFP конструктов. Цитология, 57(7): 509-517, 2015.

Palumbo V, Pellacani C, Heesom KJ, Rogala KB, Deane CM, Mottier-Pavie V, Gatti M, Bonaccorsi S, Wakefield JG. Misato controls mitotic microtubule generation by stabilizing the Tubulin Chaperone Protein-1 complex. Current Biology 25(13): 1777–1783, 2015

Mengoli V, Bucciarelli E, Lattao R, Piergentili R, Gatti M, Bonaccorsi S. The analysis of mutant alleles of different strength reveals multiple functions of Topoisomerase 2 in regulation of Drosophila chromosome structure. PLoS Genet 10(10): e1004739, 2014

Известно, что микротрубочки веретена деления растут как от центросом, так и от самих хромосом. Рост последних инициируется особыми структурами, формирующимися на хромосомах – кинетохорами. Знания о факторах, существенных для роста микротрубочек от хромосом и кинетохоров, на текущий момент, ограничены и фрагментарны. Один из лучших методов анализа механизмов формирования микротрубочек от кинетохоров заключается в исследовании повторного роста митотических микротрубочек после их разрушения в результате воздействия холодом. Изучение этого процесса, и вовлечённых в него генов, является целью данного исследования. В рамках данного проекта исследования проводятся на модельном организме Drosophila melanogaster. Поскольку большинство белков, необходимых для деления клеток, являются эволюционно высоко-консервативными, полученные результаты прояснят и механизмы формирования веретена деления в клетках человека, что может иметь существенное значение, в частности, для терапии рака.

На первых этапах выполнения проекта был проведен детальный анализ повторного роста микротрубочек веретена деления клеток культуры S2 Drosophila melanogaster после их деполимеризации, вызванной как обработкой клеток колцемидом, так и воздействем низких температур. Полученные данные расширили спектр методических  подходов к изучению роста микротрубочек от кинетохоров. Используя как классические, так и вновь разработанные методики, осуществляются исследования влияния РНК-интерференции генов, предположительно участвующих в росте микротрубочек веретена деления от кинетохоров, на формирование веретена деления и сам процесс деления клеток. 

Методом РНК-интерференции ведутся серии экспериментов по истощению белков-кандидатов в культивируемых клетках S2 и последующему анализу процесса клеточного деления. На данный момент завершены работы по изучению влияния РНК-интерференции генов Eb1, Klp10A, Klp59C, Klp59D, Klp61F, Klp67A, Asp, Patronin/Ssp4, Mei-38/Ssp1/D-TPX2, Mars/D-HURP, Mast|Orbit, CG7993/Non3, Borr, CG17293,  Chc, Clc, Rcd1, Rcd5 и MBD-R2 на митоз. Еще для ряда генов отработаны и апробированы системы РНК-интерференции, в текущий период ведутся эксперименты по их истощению в культуре клеток дрозофилы.

Для изучения прижизненной динамики микротрубочек веретена деления мы получили стабильную линию культуры клеток дрозофилы S2, в которой экспрессируется химерный белок EB1-GFP, маркирующий “+”-концы микротрубочек веретена деления (видео 1). Эта линия используется в экспериментах по холодовой обработке (видео 2) и обработке колцемидом (видео 3) для изучения повторного роста микротрубочек от кинотохоров методом конфокальной микрокопической съёмки.

Методом просвечивающей электронной микроскопии в рамках проекта осуществляется ультраструктурный анализ области кинетохоров на каждой стадии митоза клеток культуры S2 Drosophila melanogaster. Методика фиксации образцов для просвечивающей электронной микроскопии была адаптирована для суспензионной культуры клеток дрозофилы. Этим методом были проанализировали несколько сотен клеток дрозофилы S2, находящихся на разных стадиях митоза. В результате анализа срезов, выполненных под различными углами, было выявлено множество структурных деталей митотического деления и построен детальный портрет процесса митоза на ультраструктурном уровне. Также, методом просвечивающей электронной микросокпии ведётся изучение делящихся клеток S2 со сниженным количеством белков, по нашим данным влияющих на рост микротрубочек от кинетохоров. В таких клетках были обнаружены как дефектные пучки микротрубочек, растущих от кинетохоров, так и изменение формы кинетохоров. Используемый подход позволяет впервые детально описать на ультраструктурном уровне митоз в культивируемых клетках дрозофилы и с таким высоким разрешением изучать нарушения формирования пучков микротрубочек веретена деления, связанных с кинетохорами.

0000-0100.gif

Back to top