КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 14-44-00022

НазваниеМеханизмы регуляции стрессового ответа на обезвоживание в клетках и тканях хирономиды P. vanderplanki

Руководитель Kikawada Takahiro, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" , Республика Татарстан (Татарстан)

Конкурс №4 - Конкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-201 - Структурная, функциональная и эволюционная геномика

Ключевые слова ангидробиоз, транскрипция, устойчивость к обезвоживанию, хирономиды, геном, экспрессия генов, регуляция экспрессии, РНК интерференция, транскриптом, протеом, некодирующие РНК,Кэп-анализ экспрессии генов (CAGE)

Код ГРНТИ34.15.29, 34.15.61, 34.03.23

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Способность личинок африканской хирономиды P. vandeplanki выживать в условиях полного обезвоживания является уникальным примером эволюции систем адаптации к экстремальным условиям среды (ангидробиоз). Этот организм является единственным известным представителем группы насекомых и самым высокоорганизованным среди других ангидробионтов (тихоходок, артемий, коловраток), способным переживать высыхание. Сравнительный анализ генома экстремальной хирономиды P. vanderplanki с родственным видом (P. nubifer) и другими видами насекомых позволил выявить ряд особенностей: богатство ГЦ-пар, наличие уникальных генов, свойственных растениям и нехарактерных для насекомых, формирование «островков ангидробиоза», где мультиплицированы гены стрессового ответа. Целью данного проекта является создание «дорожной карты» органо- и ткане- специфичной экспрессии стрессовых белков в условиях обезвоживания, включая идентификацию активности промоторов и некодирующих РНК участвующих в регуляции ангидробиоза. Показано, что в геноме хирономиды подверглись значительной мультипликации гены Lea белков (Late embryogenesis abundant proteins), L-изоаспартат-метил-трансфераз (PIMT в международной аббревиатуре), супероксиддисмутаз (SOD), тиоредоксинов (Trx), глобинов. Lea белки являются типичными для растений и их наличие в геноме P. vanderplanki – единственный пример среди насекомых. Более того, в геноме хирономиды обнаружено более 25 lea-генов, что значительно выше таковых даже у растений. Метилтрансферазы встречаются во всех геномах высших эукариот, однако у млекопитающих и насекомых представлены единственным геном, у растений – двумя генами. У хирономиды обнаружено 14 генов PIMT, что является уникальным как для насекомых, так и для живых организмов в целом. В дополнении к двум классическим цитоплазматическим и одной митохондриальной супероксиддисмутазе в геноме P. vanderplanki обнаружено 2 дополнительных гена Zn-Cu SOD, причем структурно отличающихся от классических. Другим антиоксидантом, по-видимому вовлеченным в процесс ангидробиоза, являются тиоредоксины (trx). У животных встречается до 5ти генов тиоредоксинов, у растений – до 30ти. В отличие от животных, включая насекомых, для которых характерно наличие 3х генов тиоредоксинов геноме, у спящей хирономиды обнаружено 24 гена trx. Таким образом, перед научным сообществом встает целый ряд вопросов: почему в геноме ангидробиотического насекомого произошла мультипликация перечисленных генов? Является ли экспрессия этих генов ткане- или органо- специфичной? Каков минимальный набор генов, необходимый для формирования устойчивости к обезвоживанию? В связи с этим, в данном проекте будет решаться задача оценки транскрипционной активности генов в отдельных органах и тканях личинки спящей хирономиды (методом RNA-seq). На следующем этапе работы будет предпринята попытка установить закономерности регуляции индукции устойчивости. В частности, будут идентифицированы промоторы, активность которых связана с обезвоживанием, а также вовлеченность некодирующих РНК в инициацию ангидробиоза (методом CAGE). Наряду с исследованием тканеспецифичности стрессовых белков и регуляторных элементов в личинках насекомого, будет проведен сходный анализ с использованием культуры клеток этого насекомого в нормальных условиях, при обезвоживании и после регидратации. Сравнительный анализ полученных данных позволит приступить на третьем этапе проекта к in vivo экспериментам, направленным на контролируемую индукцию ангидробиоза в культуре клеток (методом РНК-интерференции). Ранее, на основе анализа библиотек EST было показано, накопление транскриптов генов ангидробиоза (Lea белков, PIMT, антиоксидантов). Аккумуляция мРНК этих генов происходит в течение 48 часов перед наступлением полного ангидробиоза, после наступления которого метаболическая активность не регистрируется. Кроме того, показано, что потеря воды вызывает значительное повреждение ДНК, структура которой восстанавливается только через два дня после регидратации (Gusev et al., 2010). Вероятно, транскрипция в первые часы после регидратации (возможно и вплоть до полной репарации ДНК) невозможна и часть транскриптов, накопленная во время подготовки к ангидробиозу, необходима для восстановления метаболизма. Мы предполагаем двукомпонентность молекулярного ответа на обезвоживание: происходит активный синтез защитных белков (в т.ч. шаперонов) для предотвращения агрегации и повреждения биомолекул, а также запасание РНК, необходимой на этапе регидратации. Для проверки данной гипотезы, в рамках проекта будет проведен полных протеомный анализ на разных стадиях высыхания и регидратации (методом iTRAQ) в ряде органов хирономиды. Данный подход позволит установить взаимосвязь процессов транскрипции и трансляции в полном цикле ангидробиоза и последующей регидратации. Таким образом, выполнение проекта позволит значительно расширить фундаментальные знания о механизмах устойчивости живых организмов к стрессу, в частности к обезвоживанию. Во-первых, будет установлена тканеспецифичная экспрессия генов устойчивости; во-вторых, будут установлены закономерности регуляции процесса, включая идентификацию специфичных промоторов стресса и некодирующих РНК; в-третьих, будет получен профиль экспрессии генов в культуре клеток насекомого, способной переносить высушивание; в-четвертых, будет получен протеомный профиль экспрессии генов при ангидробиозе и последующем восстановлении метаболизма после добавления воды.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---