Автореферат (Роль гена SFP1 в контроле эффективности нонсенс-супрессии у дрожжей Saccharomyces cerevisiae)

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиРадченко Элина АлександровнаРОЛЬ ГЕНА SFP1 В КОНТРОЛЕ ЭФФЕКТИВНОСТИНОНСЕНС-СУПРЕССИИ У ДРОЖЖЕЙ Saccharomyces cerevisiaeспециальность 03.02.07 — генетикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата биологических наукСанкт-Петербург2014РаботавыполненавФедеральномгосударственномобразовательном учреждении высшего профессионального«Санкт-Петербургский государственный университет».бюджетномобразованияНаучный руководитель:Доктор биологических наук, профессорЛюдмила Николаевна Миронова,Кафедра генетики и биотехнологии,Санкт-Петербургский государственныйуниверситет.Официальные оппоненты:Доктор биологических наук, профессорВладимир Геннадьевич Королев, руководительотделениямолекулярнойирадиационнойбиофизики ФГБУ «Петербургский институтядерной физики им.

Б. П. Константинова», НИЦ«Курчатовский институт» (Гатчина).Кандидат биологических наук, старший научныйсотрудник Владимир Александрович Жуков, и.о.заведующего лабораторией генетики растительномикробных взаимодействий, Государственноенаучное учреждение Всероссийский научноисследовательский институтсельскохозяйственной микробиологии РАСХН(Санкт-Петербург).Ведущее учреждение:Институт Цитологии РАН, Санкт-ПетербургЗащита диссертации состоится « » ________ 2015 г. вчасов на заседаниисовета Д.212.232.12. по защите докторских и кандидатских диссертаций приСанкт-Петербургском Государственном университете по адресу: 199034 СанктПетербург, Университетская наб., д.

7/9, СПбГУ, биологический факультет,кафедра генетики и биотехнологии, аудитория 1.С диссертацией можно ознакомиться в центральной библиотекеим. М. Горького Санкт-Петербургского Государственного университета и насайте Санкт-Петербургского государственного университета (http://spbu.ru/).Автореферат разослан «» __________ 2014 г.Ученый секретарьДиссертационного совета Д.212.232.12доктор биологических наукЛюдмила Андреевна Мамон3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования. Трансляция — это один из базовыхпроцессов,происходящихвклеткахживыхорганизмов.Этотсложноорганизованный матричный процесс требует участия большого числамолекул и макромолекулярных комплексов различной природы. Нарушения вработе компонентов аппарата трансляции могут приводить к снижению или,наоборот, повышению ее точности.

Одна из моделей для изучениягенетического контроля точности трансляции – изучение супрессии нонсенсмутаций, в результате которой стоп-кодоны, возникшие мутационным путем врамке считывания, могут быть прочитаны как значащие.Следует отметить, что значительное число наследственных заболеванийчеловекаобусловленоприсутствиемстоп-кодонавкодирующихпоследовательностях. В связи с этим исследование уже известных факторов какгенетической, так и эпигенетической природы, а также поиск и характеристикановых факторов, влияющих на эффективность нонсенс-супрессии, намодельном объекте, дрожжах Saccharomyces cerevisiae, представляет собойактуальную задачу.К числу активно изучаемых генов, мутации которых приводят ксчитыванию стоп-кодонов, относятся гены SUP35 и SUP45, кодирующиефакторы терминации трансляции eRF3 и eRF1 соответственно.

Штаммы,маркированные мутациями в этих генах, можно использовать для выявленияновых генетических и эпигенетических факторов, снижающих илиповышающихэффективностьсчитываниястоп-кодонов.Кчислуэпигенетических факторов, влияющих на считывание стоп-кодонов у дрожжей,относятся наследственные детерминанты белковой природы – прионы.

Так, вприсутствии хорошо изученного фактора [PSI+], прионной формы белка Sup35(eRF3), эффективность считывания стоп-кодонов повышается. Другой прион,[ISP+], обнаруженный ранее в лаборатории физиологической генетики СПбГУ,напротив, снижает эффективность нонсенс-супрессии. [ISP+] представляетсобой продукт прионизации транскрипционного фактора Sfp1. Таким образом,белок Sfp1 представляет собой неизвестный ранее компонент системы,контролирующей точность трансляции у дрожжей.Степень разработанности проблемы.

Транскрипционный фактор Sfp1регулирует экспрессию большого количества генов, контролирующих биогенезрибосом, клеточный цикл, размер клеток, ответ клеток на стресс (Xu and Norris,1998; Jorgensen et al., 2002; Fingerman et al., 2003; Jorgensen et al., 2004; Cipollinaet al., 2008а; 2008b).

Сверхэкспрессия гена SFP1 приводит к индукции [ISP+], аделеция — к потере этого детерминанта (Rogoza et al., 2010). Помимо этого, внашей лаборатории отмечено, что сверхэкспрессия SFP1 проявляет такжесобственный антисупрессорный эффект, не связанный с возникновением [ISP+],а делеция приводит к повышению эффективности нонсенс-супрессии.Механизм, посредством которого изменение статуса Sfp1p влияет наэффективность нонсенс-супрессии неясен.4В связи с этим цель работы состояла в выяснении роли гена SFP1 вконтроле эффективности нонсенс-супрессии у дрожжей Saccharomycescerevisiae.В рамках этой цели были сформулированы следующие задачи:1.

Проанализировать влияние прионной формы белка Sfp1, детерминанта[ISP+], на экспрессию генов SUP35 и SUP45;2. Исследовать влияние сверхэкспрессии гена SFP1 на проявлениенонсенс-супрессорных мутаций sup35 и sup45;3. Изучить влияние сверхэкспрессии и делеции гена SFP1 на экспрессиюгенов SUP35 и SUP45.Научная новизна диссертационной работы. Впервые на молекулярномуровне охарактеризованы последствия сверхпродукции и прионизациитранскрипционного фактора Sfp1р, а также делеции кодирующего его генаSFP1. Выявлено позитивное влияние прионизации и сверхпродукции белкаSfp1 на экспрессию гена SUP35.

Это объясняет природу антисупрессии,наблюдаемой в штаммах [ISP+]. Впервые охарактеризовано влияниесверхэкспрессии SFP1 на проявление мутаций в генах SUP35 и SUP45. Впервыепоказано, что увеличение количества белка Sup35, синтезируемого подконтролем аллели SUP35, несущей миссенс-мутацию, может компенсироватьнарушение терминации трансляции. Полученные данные позволяютутверждать, что ген SFP1 вовлечен в контроль считывания стоп-кодонов путемрегуляции синтеза фактора терминации трансляции Sup35p (eRF3).Теоретическая и практическая значимость. Работа посвященаисследованию точности трансляции, одного из фундаментальных процессов напути реализации генетической информации. Полученные результаты вносятсущественный вклад в понимание механизмов, обеспечивающих считываниестоп-кодонов как значащих, поскольку выявлен новый компонент этойсистемы.

Эти данные могут быть использованы в исследованиях другихфакторов, влияющих на точность трансляции. В перспективе они могут бытьиспользованы при разработке способов диагностики и терапии заболеваний,вызываемых нарушениями в работе компонентов аппарата трансляции.Положения, выносимые на защиту. Прионизация и сверхпродукциябелка Sfp1 снижают эффективность нонсенс-супрессии за счет измененияуровня экспрессии гена SUP35.

Сверхпродукция мутантного белка Sup35может компенсировать дефект терминации трансляции. Сверхэкспрессия генаSFP1 влияет на проявление мутаций sup35 и sup45, что является следствиемувеличения количества белка Sup35 в этих штаммах. Делеция гена SFP1приводит к нонсенс-супрессии и снижению уровня экспрессии генов SUP35 иSUP45.Апробация работы. Результаты работы опубликованы в виде пяти статей(три из них в отечественных изданиях, рекомендованных ВАК, две – вмеждународных научных рецензируемых журналах).

Материалы диссертациибыли представлены на международных и российских конференциях, в томчисле: на 12-ом международном конгрессе по дрожжам (Киев, Украина, 20085г.), на 25-ой международной конференции по генетике и молекулярнойбиологии дрожжей (Ольштын, Польша, 2011 г.), на 1-ом МеждународномСимпозиуме «Non-conventional Yeasts in Postgenomic Era» (Львов, Украина,2011 г.), на V Международной школе молодых ученых по молекулярнойгенетике «Непостоянство генома» (Звенигород, Россия, 2012 г.), на 16-ойМеждународной Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология– наука XXI века» (Пущино, Россия, 2012 г.), на 26-ой международнойконференции по генетике и молекулярной биологии дрожжей (Франкфурт-наМайне, Германия, 2013 г.), на 38-ом конгрессе FEBS (Санкт-Петербург, Россия,2013 г.), на конференции CNRS им.