ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНОМА
И РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ГЕНОВ

Государственную премию России получили сотрудники лаборатории молекулярной генетики ИЦиГ СО РАН — доктор биологических наук Елена Беляева (главный научный сотрудник), член-корреспондент РАН Игорь Жимулев (заведующий лабораторией), доктор биологических наук Валерий Семешин (ведущий научный сотрудник) за цикл работ «Организация генома и регуляция активности генов у эукариот». По случаю этого знаменательного события корреспондент «Науки в Сибири» беседует с заведующим лабораторией И. Жимулевым.

Людмила Юдина

— Игорь Федорович, прежде всего примите наши искренние поздравления! Первый вопрос: когда вы взяли верный курс в заданном направлении — начали исследования, завершившиеся столь успешно?

— Точкой отсчета можно считать ноябрь 1972 года, когда несколько исследователей-единомышленников, успешно проведя совместный эксперимент, положили начало созданию лаборатории. Сформировался наш коллектив из выпускников Ленинградского, Горьковского и Новосибирского университетов. С самого начала работа лаборатории была связана с изучением организации политенных хромосом. В ней сочетаются разные уровни исследования — цитологический, цито-генетический, электронно-микроскопический и молекулярно-цитогенетический, что позволяет глубоко и всесторонне исследовать структурно-функциональную организацию хромосомы в целом и ее отдельные элементы. По сути наша лаборатория — единственная в мире со столь широким набором применяемых методов для изучения хромосом.

Другая характерная особенность — тесное взаимодействие сотрудников, формирование временных «ударных» групп при разработке перспективных направлений, что способствует вовлечению каждого в выполнение наиболее значимых исследований. Все способствует быстрому получению результатов. При этом основные тематики отдельных групп сохраняются.

— Все возрастающий интерес к генетике «подстегивал» вас?

— У нас были все основания сказать свое слово. Замечу, что у генетики удивительно короткая, но стремительная, даже можно сказать, бурная, по меркам человеческой цивилизации, история. В 1900 году было только установлено, что наследственность имеет дискретную природу и за каждый отдельный признак отвечает определенный фактор (ген). А уже к концу века ученые научились эти гены выделять из организма, переносить в другой и клонировать сами организмы. За один век генетика пережила две революции. Сначала в 1950-1960 годы, когда произошел синтез наук (биологии, физики, химии и математики), в результате чего были расшифрованы молекулярные механизмы основных генетических процессов. Затем — в середине 1970-х годов, когда на базе синтеза частных разделов генетики образовалась система знаний, формирующих новое направление науки и практики — молекулярная генетика и биотехнология. Изучение политенных хромосом было важным компонентом работы на протяжении всей истории этой науки — велись собственно научные исследования организации хромосом и шло использование чисто технических возможностей объекта. Как итог, была окончательно доказана хромосомная теория наследственности, открыт инверсионный полиморфизм в популяциях, каскадный механизм гормональной индукции, явление клеточного стресса — теплового шока, генные инсуляторы, возможность перемещений мобильных элементов генома и многое другое. Сейчас с использованием политенных хромосом проводят исследования локализации генов и их продуктов — белков, участвующих в процессе активации и инактивации генов.

— Какой вклад в полученые знания внес коллектив вашей лаборатории?

— За прошедшие 30 с лишним лет выполнены многочисленные исследования, ставшие достоянием науки. В 70-х годах прошлого века, во время широкого обсуждения идеи о хромомере политенной хромосомы как специализированной хромосомной структуры, содержащей один ген, мы (И. Жимулев, Е. Беляева, В. Семешин и Г. Похолкова) провели соответствующие эксперименты, результаты которых показали полигенность хромомера, что коренным образом повлияло на протекание всей дискуссии в мире. А в 80-х годах нами (Е. Кокоза, Т. Козлова, Е. Беляева, И. Жимулев) впервые в мире была клонирована и ДНК индивидуального хромомера.

В конце 70-х годов группа сотрудников (Е. Беляева, И. Жимулев, М. Айзензон и М. Протопопов) провели молекулярно-генетическое исследование регуляции транскрипции в участках хромосом, контролируемых стероидным гормоном экдизоном. Был выявлен генетически, а затем клонирован ген транскрипционного фактора, специфически включающий и выключающий активность многих других генов, формирующих каскадный механизм гормональной индукции. Найдены и другие гены, участвующие в каскаде. Впервые был показан генетический механизм триггерного действия стероидного гормона. Работы получили большую известность и в дальнейшем были развиты в исследованиях более чем 15 лабораторий Европы и США.

В начале 80-х годов впервые в мировой практике В. Семешин использовал трансгенные конструкции для моделирования основных структур хромосом: дисков, междисков и пуфов. Основное значение этих работ — возможность предсказывать свойства «искусственных» элементов хромосомы.

В 1993 году в лаборатории впервые выделена ДНК из междисков политенных хромосом и определена последовательность нуклеотидов в ней (С. Демаков, В. Семешин и И. Жимулев).

— Интересные результаты, полученные лабораторией в плане исследования механизмов инактивации и молчания генов, не раз назывались среди достижений СО РАН. Как накапливался уникальный материал?

— Вначале, используя описанную выше систему гормонального контроля, мы показали (И. Жимулев, О. Демакова и Е. Беляева), что в основе генетической инактивации, возникающей при эффекте положения гена мозаичного типа, лежит компактизация хроматина и появление в его составе инактивирующего белка-сайленсера HP1. В 1982 году (И. Жимулев, Е. Беляева и В. Семешин) впервые сформировали современное представление об интеркалярном гетерохроматине, как районах локализации глубоко репрессированых, т.е. неактивных генов.

В 1998 году Е. Беляева открыла новый ген, продукт которого располагается в районах молчащих генов. Мутация гена приводит к преждевременному завершению синтеза ДНК в участках, реплицирующихся в конце S-фазы, а дополнительные трансгенные копии нормального гена приводят к недорепликации молчащих генов в политенных хромосомах. Чуть позднее, с использованием этой генетической модели была разработана система выявления в геноме генных кластеров, объединяемых по принципу одновременности репликации ДНК (С. Белякин, И. Макунин, Е. Беляева, И. Жимулев). Все перечисленные работы широко цитируются в международных журналах.

В настоящее время в лаборатории много молодых, активных сотрудников и аспирантов, среди которых следует упомянуть Е. Волкову, Д. Корякова, В. Шлому, Е. Андрееву, Л. Болдыреву, А. Горчакова, Т. Колесникову, А. Юрлову, И. Зыкова, Т. Бойкову, И. Котликову, А. Пиндюрина.

— Какие знаки признания, кроме последней Государственной премии, имеет лаборатория на сегодня?

— Премия РАН имени Н. К. Кольцова (2001 г.); премия СО РАН (1984 г.); Е. Беляева награждена медалью ордена «За заслуги перед отечеством» II степени. Есть премия за лучшую публикацию МАИК «Наука» (1999 г.). Сделано более чем 130 докладов на многочисленных научных симпозиумах, школах и конгрессах. Прочитаны лекции в десятках университетов Западной Европы и США. Лаборатория активно участвует в образовательном процессе в НГУ.

— Ваш коллектив почти в неизменном составе существует более 30 лет. Что цементирует его?

— Прежде всего — любовь к науке, интерес к организации и функционированию генов в структуре политенных хромосом. Причем, как у представителей старшего поколения, так и у молодых исследователей.

— Вот о чем хочу спросить, Игорь Федорович. Ваши исследования — на самом современной уровне, сотрудники, по всей видимости, нарасхват. Уезжают?

— Эмиграция, принявшая характер эпидемии, разрушительной для российской науки, не обошла стороной и нас. Выехало фактически два состава молодых сотрудников лаборатории. Но несмотря на это, лаборатория растет. У нас постоянно работает большая группа исследователей в связках ученик-учитель. Много аспирантов. Кроме того, лаборатория широко использует свои международные связи для обучения молодых специалистов новым методикам в зарубежных коллективах.

— Как с финансированием?

— Лаборатория постоянно получает гранты для поддержки исследований. В 2003 году был выигран крупный грант по программе РАН по физико-химической биологии. С 1993 по 2001 гг. мы имели 5 грантов по программе INTAS, грант NIH FIRCA, Министерства энергетики США, гранты фонда Сороса, многие гранты на поездки, а также другие, более мелкие.

— Пополнение кадрового состава черпаете в Новосибирском университете?

— В основном, хотя среди молодых есть выпускники Санкт-Петербургского и Томского университетов. На базе лаборатории защитили дипломные работы свыше 50 человек, кандидатские диссертации — 23. Молодые сотрудники лаборатории получили медали: РАН для молодых ученых (Д. Коряков и А. Алексеенко, 2001); Европейской Академии (Д. Коряков, 1999); за лучшую дипломную работу (Р. Нанаев, 2003). Студенты лаборатории занимали первые командные места на Всероссийских студенческих Олимпиадах по генетике: П. Зимин (2001 г.) и Д. Ткач (2002 г.).

— Значит, впереди еще много побед.

— Хотелось бы надеяться!

— Удачи вам и дальнейших успехов!

Фото В. Новикова.

стр. 4