Краткая аннотация и научное обоснование:

Механизмы адаптаций живых организмов к существованию в экстремальных условиях представляют большой интерес для прикладных и фундаментальных исследований. В особенности, механизмы устойчивости к ионизирующему излучению, высокой минерализации окружающей среды, воздействию тяжелых металлов, высоких и низких температур, высокому давлению. В условиях увеличения уровня радиационного фона за счет различных техногенных составляющих, проблемы космического излучения, препятствующего длительному пребыванию живых организмов в космосе, необходимости защиты от радиации здоровых тканей в ходе лучевой терапии злокачественных опухолей и ряда общих механизмов, лежащих в основе старения клеток и их повреждения ионизирующим излучением, изучение новых механизмов увеличения радиорезистентности является одним из важнейших направлений молекулярной биологии и радиобиологии.

Представители Tardigrada (тихоходки) относятся к группе наиболее устойчивых к различным видам стресса животных на Земле, в том числе тихоходки способны выживать после воздействия как редко- так и плотно ионизирующего излучения в дозах около 5 кГр.

Белок Dsup является новым белком, открытым в 2016 году в тихоходке Ramazzottius varieornatus – одном из самых радиорезистентных видов многоклеточных организмов. Ранее нами были созданы линии D. melanogaster и культура клеток человека HEK293, экспрессирующие данный белок, для которых мы показали значительное увеличение радиорезистентности в ходе облучения разными видами ионизирующего излучения. Для линий D.melanogaster, экспрессирующих Dsup, был проведен транскриптомный анализ, выявивший влияние белка Dsup на ряд процессов на клеточном и организменном уровне. Полученные нами результаты были опубликованы в 2023 г. в журнале iScience (Q1) (https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.106998). В ходе проведенных экспериментов по определению структуры белка Dsup впервые была произведена оценка физических размеров молекулы белка Dsup, установлены некоторые параметры комплекса ДНК-Dsup и показано существование возможной вторичной структуры белка Dsup.

Решаемые в ходе выполнения проекта задачи являются новыми и важным не только для фундаментальной молекулярной биологии и радиобиологии, но и для прикладных направлений биотехнологии, космических исследований и других дисциплин, требующих повышения уровня радиорезистентности организмов.  

Ожидаемые результаты по завершении проекта:

1. Создание регулируемой схемы экспрессии гена, кодирующего белок Dsup, в модельном объекте melanogaster для разработки управляемой системы временного повышения радиорезистентности всего организма

2. Оценка влияния белка Dsup на компактизацию хроматина в клетках для установления фундаментальных характеристик работы белка Dsup и картирование новых регуляторных элементов в геноме melanogaster

3. Получение данных о стабильности и свойствах белка Dsup в ходе воздействия высоких температур и ионизирующего излучения для оценки применения этого белка для фармакологии и медицины, как криопротектора, консерванта и стабилизатора вакцин и других ДНК\РНК содержащих препаратов, а также как протекторного агента при радио- и химиотерапии.

4. Разработка методики и материала для очистки растворов от нуклеиновых кислот и концентрирования ДНК и РНК из различных биологических жидкостей с помощью белка Dsup.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:

1. Создание линии D.melanogaster, экспрессирующей Dsup под контролем промотора гена металлотионеина и оценка базального уровня транскрипции Dsup и уровня транскрипции в случае индукции промотора разными концентрациями соединений меди.

2. С помощью методов SAXS, DLS, кругового дихроизма (ЛНФ ОИЯИ, МФТИ) получение характеристик структуры белка Dsup после облучения его гамма-квантами в дозах 2-10 kGy или нагревания 60-100⁰С.

Сотрудничество по теме: