Научна дейност

Въведение

Целият спектър от клетъчно-ядрени процеси като генна активност, репликация и поправка на ДНК не може да бъде разбран без дълбоко познаване на структурирането и пакетирането на молекулата на ДНК. В ядрото ДНК е компактизирана с протеини в сложен нуклеопротеинов комплекс, наречен хроматин. Огромно количество доказателства подкрепят теорията, според която хроматинът лежи в основата на епигенетичното унаследяване и затова епигенетиката представлява форма на геномна регулация, която се осъществява чрез хроматина. С други думи, активността на гените зависи изключително много от начина, по който ДНК е пакетирана с протеини. Чрез методите, изобретени и придобили известност в последните години като Хроматин имуно-преципитация (ChIP), 3C и неговите модификации, и др. се натрупаха данни, обясняващи в детайли структурната динамика на хроматина. Най-общо, хроматинът е съставен от ДНК и пет хистонови белтъка. Четирите корови хистона H2A, H2B, H3 и H4 чрез посттранслационните си модификации играят важна роля в регулацията на гените. Петият клас хистони – линкерният хистон Н1 е специален, защото се включва в организирането и поддържането на висшите хроматинови структури. Именно затова хистон Н1 има директно отношение към фината регулация на геномната стабилност и активност. Данни, получени напоследък доказват, че висшите нива на организация на хроматина са много важни за неговите функции защото са запазени в еволюцията от едноклетъчни еукариоти (дрожди и някои едноклетъчни водорасли) до най-сложните организми, каквито са хората. Така, очевидно, ролята на линкерния хистон е изключително важна за протектирането, функцията и еволюцията на еукариотния геном.

Научни цели на Лабораторията по молекулярна генетика на дрожди (ЛМГД)

Основната цел на Лабораторията по молекулярна генетика на дрожди е изучаването на епигенетичното значение на хроматиновата структурна организация и динамика. Работата в ЛМГД е насочена главно към линкерните хистони, висшите хроматинови структури и организацията на клетъчното ядро, по-точно – към епигенетичните механизми за регулация на генната експресия. Трябва да се подчертае, че изследванията в Лабораторията винаги са замисляни, организирани и провеждани така, че да се получат нови знания за много сложните клетъчни процеси, каквито са диференцияцията, злокачествената трансформация, раковите заболявания, гаметогенезата и стареенето. За да се подходи към въпросите, касаещи тези процеси, широк набор от методи и техники редовно се прилагат в ЛМГД, включващи най-съвременните методи за хроматинови изследвания. В допълнение, членовете на Лабораторията са въвлечени в дизайна и разработката на нови методи и варианти за изследване на генома. Между тях са Хроматинов Кометен Тест и специализирана компютърна програма за анализ на резултати от Кометен тест CometShape .
Изследванията в ЛМГД се извършват върху разнообразни лабораторни моделни системи, включващи класическите модели – дрожди, клетъчни култури, Drosophila, мишки, плъхове, зайци, Arabidopsis, а също така и върху образци, събрани от природата – растения (глухарче, дъб) и проби от човешки тумори (Glioblastoma multiforme).
ЛМГД провежда най-съвременна научно-изследователска дейност в широк диапазон от научни области като молекулярна генетика, биомедицина, екология, фармация, ин-витро оплождане и други. 

Палитра от фигури, които отразяват някои от научните открития на ЛМГД

1. Доказана е ролята на линкерните хистони в процесите на клетъчно стареене. Данните показват, че линкерният хистон и висшите хроматинови структури са важен фактор за нормалното стареене и в случаи, в които тази хроматинова структура е подложена на динамични промени в резултат на липса на Н1, това се отразява на скоростта на стареене на клетките.

2. За първи път е доказан физически контакт между дрождения линкерен хистон и Arp4p (актин-подобен протеин 4), за който е известно, че е важен участник в няколко хроматин модифициращи комплекса в дрожди – INO80, SWR1 и NuA4. Доказано е значението на това взаимодействие за поддържането на нормалната клетъчна хомеостаза. Липсата на такъв контакт води до сериозни промени във формата и размерите на клетките, създава пълна дезорганизацията на техния геном, променя висшите хроматинови структури, респективно влияе върху генната експресия

3. Създаден е специализиран софтуер CometShape" за обработка на данни, получени при провеждане на Кометен тест. Софтуерът позволява кометите да бъдат обособени в три различни групи в зависимост от вида скъсвания в ДНК : 1) комети, получени в резултат на действието на агенти, които късат в молекулата на ДНК едноверижно; 2) получени в резултат на двойноверижни скъсвания, и 3) получени в резултат на протекла или протичаща апоптоза