Лаборатория белка и нуклеиновых кислот

Историческая справка о лаборатории

Лаборатория белка и нуклеиновых кислот (ЛБНК) основана в 1968 году. Основатель и первый заведующий лабораторией – академик АН КазССР Мурат Абенович Айтхожин. В период с 1988 по 2022 гг. лабораторию возглавлял доктор биологических наук, профессор Булат Кудайбергенович Искаков. С января 2023 года заведующим ЛБНК является кандидат биологических наук Жигайлов Андрей Викторович.

Жигайлов Андрей Викторович

E-mail: andrzhig@gmail.com

Андрей Викторович Жигайлов – выпускник биологического факультета КазНУ им. аль-Фараби (2002). В 2004 году закончил магистратуру по специальности «биотехнология», в 2006 году аспирантуру при Институте молекулярной биологии и биохимии имени М.А. Айтхожина, КН МОН РК.

Жигайлов А.В. работает в лаборатории белка и нуклеиновых кислот ИМББ с 2001 года в должностях от лаборанта до ведущего научного сотрудника (2016). В январе 2023 года назначен заведующим ЛБНК. С 2012 года по настоящее время является научным экспертом по рецензированию и экспертизе научных проектов и отчетов в рамках комплексной экспертизы, проводимой АО «Национальный центр государственной научно-технической экспертизы». Принимал участие в выполнении 11 научных проектов и грантов, в трех из них являлся научным руководителем.

Индекс Хирша — 4, Researcher ID (Web of Science): N-6073-2015, Scopus ID: 6508121286. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9646-033X.

Направления научно-исследовательской деятельности

• молекулярные механизмы и регуляция биосинтеза белка у растений;
• механизмы регуляции активности белковых факторов трансляции дискретной фрагментации 18S рРНК;
• структурные элементы мРНК, определяющие эффективность их трансляции;
• структура и экспрессия геномов вирусов растений, РНК-интерференция;
• получение трансгенных растений, устойчивых к фитопатогенным вирусам (PVY, PVM, PVS), неблагоприятным факторам среды (засуха, засоление, экстремальные температуры);
• получение трансгенных растений, продуцирующих рекомбинантные вакцины, белки медицинского назначения.

Научные проекты

AP19676956 «Исследование формирования растительных стрессовых гранул посредством РНК-связывающих белков AtURB1b и AtRBP47a из Arabidopsis thaliana», научный руководитель – д.б.н. Искаков Б.К.

AP14869357 «Разработка научных основ биотехнологии повышения продуктивности растений посредством модификации генов рибосомного белка S6», научный руководитель – к.б.н. Жигайлов А.В.

AP08855746 «Разработка биотехнологии повышения продуктивности растений посредством активации процесса биогенеза рибосом», научный руководитель – к.б.н. Жигайлов А.В.

AP05132066 «Разработка технологии экспрессии рекомбинантных антигенов вируса оспы овец в транспластомных растениях», научный руководитель – к.б.н. Станбекова Г.Э.

1920/ГФ4 «Исследование регуляции трансляции мРНК у растений посредством фосфорилирования альфа-субъединицы фактора инициации 2 (peIF2α)», научный руководитель – к.б.н. Жигайлов А.В.

Методы исследований

• Создание конструкций, позволяющих экспрессировать рекомбинантные гены; амплификация методом РОТ-ПЦР; in vitro-мутагенез; выделение и анализ электрофорезом и радиоавтографией ПАА-геля; иммуноблотинг с использованием специфических антител и другие методы молекулярной биологии и генетической инженерии.

Научные достижения лаборатории

• Впервые показано, что сродство фактора инициации трансляции растений peIF2 к GDP (Kd_GDP= 150 nM) лишь в 10 раз превышает его же сродство к GTP (Kd_GTP = 1500 nM), тогда как для аналогичного фактора из клеток млекопитающих (meIF2), данное превышение составляет 100 раз и более. Впервые заявлено, что обмен GDP на GTP у фактора peIF2 растений может происходить без участия дополнительного фактора eIF2В, который обязательно необходим для обмена гуаниловых нуклеотидов у животного фактора meIF2. Впервые постулировано, что в клетках растений обмен GDP на GTP у фактора peIF2 может происходить независимо от того фосфорилирован ли фактор peIF2 или нет. Публикация: Shaikhin S.M., Smailov S.K., Lee A.V., Kozhanov E.V., Iskakov B.K. (1992) Biochimie, V. 74, P. 447-454. В дальнейшем результаты и выводы были полностью подтверждены в работах других групп исследователей и с тех пор цитируются во всех научных обзорах и статьях по белковому синтезу у растений. (IF 3.188; Times Cited 17);
• Впервые установлено, что в клетках растений отсутствует фосфопротеин-киназа, специфически фосфорилирующая белковый фактор элонгации трансляции 2 (peEF2). Эти данные свидетельствуют, что в отличие от животных у растений отсутствует механизм регуляции активности ключевого фактора элонгации трансляции peEF2 посредством обратимого фосфорилирования. Публикация: Smailov S.K., Lee A.V., Iskakov B.K. (1993) FEBS Letters, V. 321, P. 219-223. В последующем результаты были признаны во всем мире и цитируются в научных обзорах и статьях по биосинтезу белка у растений. (IF 2.999; Times Cited 14);
• Впервые изучен механизм действия фенольного соединения из верблюжьей колючки (Alhagi kirgisorum S.) – полипроантоцианидина (ППА) как ингибитора инициации белкового синтеза у растений и животных. Показано, что ППА в концентрациях 1-10 mM специфически связывается с фактором инициации eIF2 и ингибирует его активность, что сопровождается блокированием белкового синтеза. Таким образом, ППА является удобным инструментом при изучении механизмов инициации трансляции в эукариотических клетках. Препарат ППА был предоставлен нами для научно-исследовательских работ ученым разных стран (США, Великобритании) и получил высокую оценку. Данная работа выполнена совместно с лабораторией проф. Р.М. Кунаевой, а также с учеными из России и США. Результаты опубликованы в 2-х международных журналах: Smailov S.K., Mukhamedzhanov B.G., Lee A.V., Iskakov B.K., Denisenko O.N. (1991) FEBS Letters, V. 275, P. 99-101; (IF 2.999; Times Cited 8) Kudlicki W., Picking W., Kramer G., Hardesty B., Smailov S., Mukhamedzhanov B., Lee A., Iskakov B. (1991) European Journal of Biochemistry, V. 197, P. 623-629. (IF 4.530; Times Cited 5);
• Впервые в клетках зародышей пшеницы обнаружены и изучены 45S рибонуклеопротеидные (РНП) комплексы. Установлено, что 45S РНП представляют собой пре-инициаторные трансляционные комплексы, содержащие малую (40S) рибосомную субчастицу, белковые факторы инициации трансляции, а также мРНК в РНП-форме. В составе 45S РНП комплексов впервые обнаружена новая малая РНК (5,3S РНК) длиной 134 нуклеотида. Эта работа опубликована в международном журнале: Iskakov B.K., Madin K.I. (1994) Plant Science, V. 96, P. 99-108. (IF 3.712; Times Cited 4);
• Впервые для растительных объектов установлен новый кэп-независимый механизм связывания мРНК с 40S рибосомной субчастицей в ходе инициации трансляции. Этот механизм заключается в комплементарном взаимодействии 5’-нетранслируемой последовательности (5’-НТП) мРНК с центральным доменом 18S рРНК. Экспериментально доказано, что повышение уровня комплементарности в 5’-НТП к этому участку 18S рРНК приводит к многократному усилению эффективности трансляции мРНК. Результаты имеют не только фундаментальное, но и прикладное значение, поскольку позволяют искусственно конструировать мРНК с очень высокой трансляционной активностью. Такие высокоактивные мРНК необходимы в бесклеточной технологии синтеза белков, а также в генной инженерии для получения трансгенных растений продуцентов ценных белков. Опубликовано в 2-х международных рецензируемых изданиях: Akbergenov R.Z., Zhanybekova S.S., Polimbetova N.S., Madin K.I., Hohn T., Iskakov B.K. (2003) Complementary interaction between the central domain of 18S rRNA and the 5’ untranslated region of mRNA enhances translation efficiency in plants. In: “Cell-Free Protein Expression”, James R. Swartz (Ed.), ISBN 3-540-05041-8, Springer Verlag Berlin Heidelberg New York, pp. 199-208. Akbergenov R.Z., Zhanybekova S.S., Kryldakov R.V., Zhigailov A., Polimbetova N.S., Hohn T., Iskakov B.K. (2004) ARC-1, a sequence element complementary to an internal 18S rRNA segment, enhances translation efficiency in plants when present in the leader or intercistronic region of mRNAs. Nucleic Acids Research, Vol. 32, No. 1, p. 239-247. (IF 11.237, Times Cited 63);
• Впервые в составе 40S рибосомных субчастиц зародышей пшеницы обнаружена новая малая 5,3S РНКи изучены её свойства. Количество 5,3S РНК увеличивается в 5 раз в условиях температурного стресса. Установлено, что 5,3S РНК является специфическим 5’-концевым фрагментом 18S рРНК, который образуется в результате действия эндогенных нуклеаз. Опубликовано в Российских и отечественных журналах: Zhanybekova S., Polimbetova N., Nakisbekov N., Iskakov B. (1996) Biochemistry (Moscow), V. 61, P. 621-627; (IF 1.724, Times Cited 3), Полимбетова Н.С., Жаныбекова С.Ш., Ли А.В., Искаков Б.К. (1996) Физиология растений, Т. 43, С. 887-893; (IF 0.816);
• Налажена биотехнология получения трансгенных растений, устойчивых к фитопатогенным вирусам, к засухе, холоду. Получены трансгенные растения табака и картофеля, экспрессирующие антисмысловые РНК, комплементарные к различным участкам геномной РНК Y-вируса картофеля. Несколько линий трансгенного картофеля переданы на испытание в Институт картофельного и овощного хозяйства (НИИКОХ) МСХ РК. Многие линии трансгенного картофеля проявили значительную устойчивость к Y-вирусу картофеля и признаны весьма перспективными для дальнейшего селекционного процесса. С помощью индукции РНК-интерференции получены линии ГМ-картофеля с множественной устойчивостью к вирусам PVY, PVM, PVS;
• Налажены технологии получения трансгенных бактерий и растений, а также транспластомных растений, которые продуцируют рекомбинантные вакцинные белки против вируса оспы овец (SPPV), а также значимые для медицины белки (hAFP).