Научная тема: «ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ТОПОГРАФИЯ ТРАНСПОРТНО-МАТРИЧНОЙ РНК»
Специальность: 02.00.10
Год: 2010
Отрасль науки: Химические науки
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. Все результаты работы получены впервые и не описаны ранее в научной литературе. В ходе работы было показано существование неканонического комплекса деацилированной тмРНК с EF-Tu•GDP, в формировании которого принимают участие нуклеотидные остатки U308 спирали 2 и U268 псевдоузла 4 тмРНК.
  2. На основе результатов, полученных с помощью фотоаффинного химического сшивания и метода сайт-направленного мутагенеза, была предложена двухдоменная модель пространственной организации тмРНК, которая позволяет объяснить, как такая объёмная и высокоструктурированная молекула, содержащая 4 псевдоузла, проходит через рибосому в ходе транс-трансляции.
  3. В ходе выполнения работы была создана система, позволяющая блокировать транс-трансляцию in vivo на разных этапах прочтения ОРС тмРНК, и выделять соответствующие комплексы тмРНК с рибосомой. Использование данной системы позволило выделить комплексы, содержащие тмРНК, белок SmpB и рибосомы в стехиометрическом количестве, и доказать, что белок SmpB, который, как предполагалось ранее, необходим на стадии инициации транс-трансляции, входит также в состав элонгационного и терминационного комплексов.
  4. Методом криоэлектронной томографии была продемонстрирована конформационная подвижность петли тмРНК, состоящей из псевдоузлов, что объясняет сложности, возникающие при изучении структуры элонгационных комплексов тмРНК с рибосомой методом криоэлектронной микроскопии.
  5. Исследование спектров модификаций нуклеотидов тмРНК в различных комплексах с рибосомой с помощью метода химического пробинга показало, что структура и контакты тмРНК (за исключением мРНК-подобного домена и спирали 5) практически не изменяются в ходе транс-трансляции, что подтвердило адекватность двухдоменной модели и позволило создать динамическую модель транс-трансляции.
  6. Динамическая модель транс-трансляции позволила выявить структурный элемент (сформированный псевдоузлом 1 и петлёй А79-А86 тмРНК, и белком SmpB), который, совершая поворот при транслокации TLD тмРНК из А-участка рибосомы в Р-участок, задаёт правильное позиционирование кодона возобновления синтеза в А-участке рибосомы.
  7. Результаты, полученные в ходе выполнения работы, имеют не только фундаментальную научную ценность, но и могут быть использованы для прикладных разработок. Поскольку механизм транс-трансляции существует только в бактериальных клетках и необходим для проявления вирулентности некоторыми патогенными организмами, он представляется хорошей мишенью для синтеза новых антибиотиков, направленных на подавление активности тмРНК или белка SmpB. Известно, что активная концентрация для многих уже известных и широко используемых антибиотиков может быть существенно снижена при одновременном ингибировании транс-трансляции.
  8. Результаты работы опубликованы в виде 14 статей в отечественных и зарубежных рецензируемых научных журналах.
  9. Уникальные методы, разработанные в работе, такие, как способ остановки транс-трансляции in vivo и метод аффинного выделения полученных комплексов, могут быть использованы в институтах, занимающихся исследованиями в области биоорганической химии и молекулярной биологии, как в нашей стране, так и за рубежом. Компоненты разработанной нами системы уже были предоставлены ряду коллег из зарубежных лабораторий.
Список опубликованных работ
Статьи в научных журналах

1. Шпанченко О.В., Бугаева Е.Ю., Головин А.В., Донцова О.А. 2010. Транс-трансляция: факты и гипотезы. Молекуляр. биология. 44, 563-572.

2. Shpanchenko O.V., Golovin A.V., Bugaeva E.Y., Isaksson L.A., Dontsova O.A. 2010. Structural aspects of trans-translation. IUBMB Life. 62,120-124.

3. Bugaeva E.Y., Surkov S., Golovin A.V., Öfverstedt L.-G., Skoglund U., Isaksson L.A., Bogdanov A.A., Shpanchenko O.V., Dontsova O.A. 2009. Structural features of the tmRNA-ribosome interaction. RNA. 15, 2312-2320.

4. Bugaeva E.Y., Shpanchenko O.V., Felden B., Isaksson L.A., Dontsova O.A. 2008. One SmpB molecule accompanies tmRNA during its passage through the ribosomes. FEBS Lett. 582, 1532-1536.

5. Shpanchenko O.V., Zvereva M.I., Ivanov P.V., Bugaeva E.Y., Rozov A.S., Bogdanov A.A., Kalkum M., Isaksson L.A., Nierhaus K.H. Dontsova O.A. 2005. Stepping transfer messenger RNA through the ribosome. J. Biol. Chem. 280, 18368-18374.

6. Шпанченко О.В., Иванов П.В., Зверева М.Э., Богданов А.А., Донцова О.А. 2004. Транс-трансляция: основные участники и роль в жизни клетки. Молекуляр. биология. 38, 914-925.

7. Ivanov P.V., Zvereva M.I., Shpanchenko O.V., Dontsova O.A., Bogdanov A.A., Aglyamova G.V., Lim V.I., Teraoka Y., Nierhaus K.H. 2002. How does tmRNA move through the ribosome? FEBS Lett. 514, 55-59.

8. Zvereva M.I., Ivanov P.V., Topilina N.I., Dontsova O.A., Bogdanov A.A., Kalkum M., Teraoka Y., Nierhaus K.H., Shpanchenko O.V. 2001. Complex of tmRNA and EF-Tu: Unexpected modes of interaction. J. Biol. Chem. 276, 47702-47708.

9. Зверева М.Э., Шпанченко О.В., Донцова О.А., Богданов А.А. 2000. Структура и функция тмРНК (10Sa РНК). Молекуляр. биология. 36, 1081-1089.

10.Bogdanov A.A., Sergiev P.V., Lavrik I.N., Shpanchenko O.V., Leonov A.A., Dontsova O.A. 2000. Modern site directed cross-linking approaches: Implication for ribosome structure and function. In: The ribosome: structure, function, antibiotics, and cellular interactions. Eds Garrett R.A., Douthwait S.R., Lilijas A., Matheson A.T., Moore P.B., Noller H.F. Washigton D.C.: ASM Press, pp. 245-256.

11.Zvereva M.I., Shpanchenko O.V., Dontsova O.A., Nierhaus K.H., Bogdanov A.A. 1998. Effect of point mutations at position 89 of E. coli 5S rRNA on the assembly and activity of the large ribosomal subunit. FEBS Lett. 421, 249-251.

12.Shpanchenko O.V., Dontsova O.A., Bogdanov A.A., Nierhaus K.H. 1998. Structure of 5S rRNA within the Escherichia coli ribosome: iodine induced cleavage patterns of phosphorothioate derivatives. RNA. 4, 1154-1164.

13.Shpanchenko O.V., Zvereva M.I., Dontsova O.A., Nierhaus K.H., Bogdanov A.A. 1996. 5S rRNA sugar-phosphate backbone protection in complexes with specific ribosomal proteins. FEBS Lett. 394, 71-75.

14.Dokudovskaya S., Dontsova O., Shpanchenko O., Bogdanov A., Brimacombe R. 1996. Loop IV of 5S ribosomal RNA has contacts both to domain II and to domain V of the 23S RNA. RNA. 2,146-152.

Избранные тезисы конференций

15.Dontsova O., Shpanchenko O., Bugaeva E., Golovin A., Isaksson L., Bogdanov A. tmRNA: structural features and functional model. Ribosome 2010. 2010. Orvieto, Italy. Abstract book. Р. 65.

16.Bugaeva E., Golovin A., Isaksson L., Bogdanov A., Shpanchenko O., Dontsova O. Interactions between tmRNA and the ribosome during trans-translation. Ribosome 2010. 2010. Orvieto, Italy. Abstract book. Р. 94.

17.Shpanchenko O.V., Bugaeva E.Y., Golovin A.V., Isaksson L.A., Bogdanov A.A., Dontsova O.A. tmRNA – key component of bacterial protein synthesis quality control: structural features and functional model. 21st IUBMB and 12th FAOBMB International Congress of Biochemistry and Molecular Biology Biomolecules for Quality of life. 2009. Shanghai, China. Abstract book. Р. 76.

18.Bugaeva E.Y., Golovin A.V., Skoglund U., Isaksson L.A., Bogdanov A.A., Shpanchenko O.V., Dontsova O.A. Structural features of tmRNA-ribosome interaction. 34th FEBS Congress Life’s Molecular Interactions. 2009. Prague, Czech Republic. Abstract book. Р. 42.

19.Shpanchenko O.V., Bugaeva E.Y., Golovin A.V., Isaksson L.A., Bogdanov A.A., Dontsova O.A. Trans-translation as mRNA quality control: structural features of tmRNA-ribosome interaction. Conferences Jacques-Monod Multiple functions of RNA in gene regulation. 2009. Roscoff, France. Abstract book. Р. 49.

20.Shpanchenko O., Ivanov P., Abakumov M., Bogdanov A., Dontsova O. Trans-translation as mRNA quality control: tmRNA mutagenesis study. EMBO Conference on Protein Synthesis and Translational Control – partnered with Cold Spring Harbor Laboratories. 2007. Heidelberg, Germany. Abstract book. Р. 240.

21.Shpanchenko O., Ivanov P., Abakumov M., Bogdanov A., Dontsova O. Trans-translation as mRNA quality control: tmRNA mutagenesis study. International conference Biocatalysis-2007: fundamentals and applications. 2007. Moscow – St. Petersburg, Russian Federation. Abstract book. Р. 25.

22.Shpanchenko O.V., Zvereva M.I., Bugaeva E.Y., Bogdanov A.A., Nierhaus K.H., Isaksson L.A., Kalkum M., Dontsova O.A. How does tmRNA pass through the ribosome during trans-translation? Conferences Jacques-Monod Multiple functions of RNA in gene regulation. 2006. Roscoff, France. Abstract book. P. 125.

23.Shpanchenko O.V., Zvereva M.I., Bugaeva E.Yu., Rozov A.S., Bogdanov A.A., Nierhaus K.H., Isaksson L., Kalkum M., and Dontsova O.A. Mutations in ribosomal RNA that affect different stages of translation. Meeting of HHMI International Research scholars. 2005. Abstract book. P. 39.

24.Ivanov P.V., Teraoka Y., Shpanchenko O.V., Zvereva M.I., Topilina N.I., Bogdanov A.A., Dontsova O.A. How does tmRNA move through the ribosome? The 8th Annual Meeting of the RNA Society RNA 2003. 2003. Vienna, Austria. Abstract book. P. 700.

25.Shpanchenko O.V., Zvereva M.I., Ivanov P.V., Topilina N.I., Nierhaus K.H., Isaksson L.A., Bogdanov A.A., Dontsova O.A. Model of tmRNA path through the ribosome. The 6th International Conference on Ribosome Synthesis Ribosome Synthesis 2003. 2003. Arcachon, France. Abstract book. P. 64.

26.Ivanov P.V., Shpanchenko O.V., Dontsova O.A., Bogdanov A.A., Teraoka Y., Nierhaus K.H. Mutational analysis of some conservative regions in tmRNA. The Dynamics of Ribosome Structure and Function. 2002. Queenstown, New Zealand. Abstracts book. P. 147.

27.Zvereva M.I., Ivanov P.V., Teraoka Y., Topilina N.I., Dontsova O.A., Bogdanov A.A., Kalkum M., Nierhaus K.H., Shpanchenko O.V. Complex of tmRNA and EF-Tu: Unexpected modes of interaction. The Dynamics of Ribosome Structure and Function. 2002. Queenstown, New Zealand. Abstracts book. P. 153.

28.Zvereva M.I., Ivanov P.V., Teraoka Y., Topilina N.I., Dontsova O.A., Bogdanov A.A., Kalkum M., Nierhaus K. H., Shpanchenko O.V. Complex of tmRNA and EF-Tu: unexpected mode of interaction. International Conference in honor of Alexander Spirin. 2001. Pushchino. Russia. Abstracts book. P. 68.

29.Dontsova O.A., Sergiev P.V., Avdeeva O.N., Shpanchenko O.V., Zvereva M.I., Ivanov P.V., Topilina N.I., Aglyamova G.V., Bogdanov A.A., Kalkum M., Teraoka Y., Nierhaus K.H., Brimacombe R. Interaction of RNP with the E.coli ribosome. International Conference in honor of Alexander Spirin. 2001. Pushchino. Russia. Abstracts book. P. 12.

30.Shpanchenko O.V., Zvereva M.I., Ivanov P.V. , Topilina N.I. , Nierhaus K.H., Dontsova O.A., Bogdanov A.A. Complex of tmRNA and EF-Tu: unexpected mode of interaction. The 5th International Meeting on Recognition Studies in Nucleic Acids. 2001. Sheffield, England. Abstracts book. P. 47.

31.Zvereva M.I., Ivanov P.V., Topilina N.I., Dontsova O.A., Nierhaus K.H., Shpanchenko O.V. Studying of structure and function of tmRNA. International conference Trend in nucleic acid chemistry. 2000. Moscow, Russia. Abstract book. P. 40.

32.Shpanchenko O.V., Zvereva M.I., Kalkum M., Dontsova O.A., Bogdanov A.A., Nierhaus K.H. Transfer-messenger RNA: folding and interaction with EF-Tu. The Ribosome. Structure, Function, Antibiotics and Cellular Interactions. 1999. Helsingor, Denmark. Abstracts book. P. 71.