Область научных интересов и направление научных исследований
Основное направление научных исследований лаборатории – создание искусственных ДНК-содержащих супрамолекулярных комплексов и синтетических антител нуклеотидной природы, изучение закономерностей их сборки и структурно-функциональных свойств с целью исследования механизмов природных процессов и разработки диагностических систем, лекарственных средств и функциональных наноконструкций.
Одно из основополагающих природных свойств полинуклеотидов состоит в их способности ассоциироваться с различными биополимерами и низкомолекулярными соединениями с образованием функциональных супрамолекулярных комплексов. Надмолекулярные ассоциаты полинуклеотидов – естественная форма существования ДНК. Конструирование искусственных комплексов ДНК и структурно-функциональное исследование таких модельных систем – продуктивный прием как для изучения естественных природных процессов, так и для создания новых подходов к решению широкого спектра актуальных прикладных задач.
Особое внимание среди подходов, развиваемых в лаборатории, уделяется изучению 3D динамики надмолекулярных комплексов полинуклеотидов различной конформации, в частности, регуляторной роли неканонических структур (ncDNA). В своих теоретических и экспериментальных исследованиях мы рассматриваем ДНК как мультифункциональный сенсор, способный к адаптации к стимулам различной природы, и опираемся на следующие основные предположения.
- Способность формировать ncDNA является встроенной функцией множества определенных сайтов практически всех геномов.
- На 3D динамику полинуклеотидов могут влиять как природная конформационная вариабельность фрагментов ДНК, так и структурные модуляторы в микроокружении сайта (белки, пептиды, ДНК/РНК, метаболиты, нутриенты, ксенобиотики).
- Структурные модуляторы способны изменить конформационные предпочтения сразу множества iso-чувствительных сайтов в геноме и геномах, что может служить основой параллельной синхронизации геномных ответов.
- Конформационный анализ ДНК информативен для понимания механизмов биологических процессов (транскрипции/репликации/рекомбинации/репарации/сплайсинга) и механизмов связанных с их нарушением патологий.
- Неканонические структуры полинуклеотидов (GQ/IM) являются перспективными субъектами и объектами для поиска лекарств направленного действия (аптамеры-ловушки и селективные лиганды) и разработки новых чувствительных элементов сенсоров in vivo.
Основные направления работы лаборатории
- Конструирование нуклеопротеиновых комплексов для направленной доставки терапевтически значимых соединений в целевые клетки живого организма.
- Создание ДНК-инструментов, моделирующих свойства живой системы для разработки биосенсоров, манипулирования клетками и инженерии тканей.
- Разработка методов получения ассоциатов ДНК и нуклеопротеиновых ансамблей на основе наночастиц.
- Исследование динамики ДНК как важного элемента механизма системной геномной регуляции с целью: изучения структуры, термодинамики и кинетики образования комплексов неканонических структур ДНК с ДНК/РНК/эпигенетические модифицированными сйтами ДНК (при рекомбинации, транскрипции, репарации); с белками (ферментами, факторами ремоделинга хроматина и транскрипции); G4/IM лигандами (природными и синтетическими) – потенциальными лекарствами.
- Разработка и оптимизация методов исследования неканонических структур полинуклеотидов: синтеза модифицированных олигомеров и ДНК-миметиков; применения NMR, DOSY NMR для характеристики ncDNA комплексов, методов MD и др.
В последние годы нами предложена теория геномной конформационной регуляции, основанная на влиянии эндогенных и экзогенных факторов на изменение динамического равновесия вторичных структур сайтов полинуклеотидов – основы механизмов широкого круга патологий. Описан новый тип стабильных ДНК-квадруплексов – квадруплексы с мисматчами (ImGQ). Разработана программа поиска в геномных текстах потенциальных квадруплекс-образующих сайтов, учитывающая возможность наличия дефектов квадруплексного ядра (“выпетливания” нуклеотидов или замен-мисматчей в G-тетрадах) – ImGQfinder (свид. о гос.рег. № 2012619464). Созданы новые надмолекулярные конструкции на основе IM (Protopopova 2018 PCCP), Clamp несущие IM - чувствительные элементы pH-сенсоров (Tsvetkov 2018 NAR) и др. Подробнее основные достижения и направления деятельности лаборатории представлены в файле «Лаб. искусственного антителогенеза ФНКЦ ФХМ.pdf».