Введение к работе
Введение. Актуальность проблемы
Рибосома — сложная молекулярная машина, осуществляющая синтез белков на основе матричной РНК. Наименее изученным участком рибосомы является так называемый Ь7/Ы2-стержень (или Р-стержень для эукариот).
Рибосомный стержень необходим для трансляции, он взаимодействует с факторами трансляции, являющимися ГТФазами (такими как EF-Tu, EF-G, IF2 и RF3 или их эукариотическими гомологами), и стимулирует гидролиз ГТФ. Экспериментально показано, что рибосомный стержень влияет на скорость и точность трансляции, хотя механизм этого влияния малоизучен.
L7/L12-стержень включает в себя рибосомный белок L10 (или его гомолог РО в случае эукариот и архей), а также несколько молекул белка L12 (или его гомологов Р1/Р2 у эукариот).
Значение копийности белка L12 в рибосоме различается в разных видах: так в рибосоме Escherichia coli содержится четыре молекулы белка L12, а в рибосоме Thermotoga maritima — шесть. При этом для большинства изучаемых бактерий значение копийности белка L12 остается неизвестным.
Изучение копийности белка L12 и эволюционных событий, приводящих к ее изменению, является актуальной научной задачей и позволяет пролить свет на возникновение и эволюцию рибосомы.
Цель и задачи исследования
Целью данной работы было изучение копийности белка L12 и его эволюции в бактериях, митохондриях и пластидах. В ходе работы необходимо было решить следующие задачи:
-
Разработать алгоритм предсказания копийности белка L12 в бактериях, пластидах и митохондриях.
-
Предсказать с использованием разработанного алгоритма копийность белка L12 бактерий.
-
Предсказать с использованием разработанного алгоритма копийность белка L12 для органелл эукариот.
-
Изучить основные события изменения копийности в ходе эволюции.
-
Экспериментально подтвердить полученные предсказания.
Научная новизна и практическая значимость
В данной работе было проведено систематическое изучение копийности рибосомного белка L12.
Был разработан алгоритм предсказания копийности белка L12, основанный на аминокислотной последовательности белков с использованием методов предсказания их вторичной структуры. Выдвинут ряд гипотез о предковых состояниях копийности.
Было выполнено предсказание значения копийности L12 более чем для тысячи различных видов. Впервые предсказана копийность L12 для рибосомы митохондрий и пластид.
Впервые были обнаружены бактерии, имеющие восемь копий белка L12. Данное предсказание получило экспериментальное подтверждение.
Полученные результаты могут быть использованы при изучения аппарата трансляции различных видов бактерий, а также при разработке новых противо-микробных препаратов.
Основные положения, выносимые на защиту
-
В ходе исследования разработан алгоритм предсказания копийности белка L12 в рибосоме. С использованием алгоритма предсказана копийность белка L12 более чем для тысячи видов бактерий;
-
Анализ эволюции копийности показывает, что у последнего общего предка современных бактерий в рибосоме содержалось шесть копий белка L12;
-
В рибосомах митохондрий и пластид, как правило, содержится шесть молекул белка L12;
-
В ходе исследования впервые предсказано, что у ряда цианобактерий в рибосоме содержится восемь молекул белка L12. Предсказание было экспериментально подтверждено.
Апробация работы и публикации
Основные результаты работы докладывались на: 33-й конференции молодых ученых и специалистов ИППИ РАН ИТиС'10 (Геленджик, сентябрь 2010), 5th International Moscow Conference on Computational Molecular Biology MCCMB'll (Москва, июль 2011), 34-й конференции молодых ученых и специалистов ИППИ РАН ИТиС'П (Геленджик, октябрь 2011), 35-й конференции молодых ученых и специалистов ИППИ РАН ИТиС'12 (Петрозаводск, август
2012). По материалам диссертации опубликовано семь печатных работ, из них три — статьи в журналах, рекомендованных ВАК, четыре — тезисы в материалах конференций.
Диссертационная работы была апробирована на заседании Научно-технического совета НТЦ «Биоклиникум» 27 февраля 2013 года, а также на семинаре секции «Молекулярная биология» Ученого совета ФГУП «ГосНИИ-генетика» 14 октября 2013 года.
Личный вклад
Все основные результаты, включенные в диссертацию, получены лично соискателем. Соискателем выполнена разработка алгоритма, предсказание ко-пийности белка L12 бактерий и органелл, а также исследование эволюции ко-пийности. Обсуждение и интерпретация результатов осуществлялись совместно с научным руководителем. Экспериментальные работы осуществлялись совместно с коллегами из Института биофизической химии объединения Макса Планка: Мариной Родниной и Ingo Wohlgemuth.
Объём и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, благодарностей, списка литературы и одного приложения. Полный объем диссертации составляет 99 страниц с 31 рисунком и 9 таблицами. Список литературы содержит 166 наименований.
