Основные направления научных исследований
С момента основания главным направлением исследований, проводимых в Лаборатории, являлись молекулярные механизмы инициации трансляции у млекопитающих. В 90-е годы основные усилия были направлены на изучение феномена внутренней инициации трансляции. мРНК некоторых вирусов человека и животных, жизненный цикл которых проходит целиком в цитоплазме клетки (пикорнавирусов, пестивирусов и некоторых других), не содержат на 5'-конце 7-метилгуанозинового кепа, который необходим всем эукариотическим мРНК для связывания факторов инициации трансляции и привлечения рибосомы. К началу 90-х годов уже было известно, что эти вирусы выработали в процессе эволюции специальные механизмы, позволяющие им обходиться без 5'-концевого кепа, а именно - их 5'-нетранслируемые области содержали специальные участки внутреннего связывания рибосомы (IRES-элементы). Однако молекулярный механизм, лежащий в основе функционирования этих элементов, оставался полной загадкой. И.Н. Шатским (совместно с Т. Пестовой и К. Хелленом, США) был разработан новый метод, позволяющий реконструировать эукариотические инициаторные трансляционные комплексы из полностью очищенных компонентов (рибосомных субчастиц, факторов инициации, Мет-тРНК и искусственно синтезированных мРНК) и подтверждать их аутентичность методом тоу-принтинга (вариант реакции удлинения праймера). Этот метод оказался настолько удачным, что в течение нескольких лет привел буквально к прорыву в понимании механизмов работы не только IRES-элементов, но и канонической кеп-зависимой инициации. В 1996 году были опубликованы две ключевые работы по сборке инициаторного комплекса на IRES-элементе мРНК вируса энцефаломиокардита (EMCV), полностью раскрывающие механизм работы этого IRES'а. В этих работах было показано, что EMCV IRES способен связывать ключевой фактор инициации трансляции (eIF4G) и посредством этого взаимодействия привлекать рибосому на AUG-кодон. Таким образом, оказалось, что вопреки всем ожиданиям внутренняя инициация у эукариот использует ту же молекулярную машинерию, что и кеп-зависимая инициация, хотя и несколько по-иному. Эта работа стала классической и вошла во все современные учебники по молекулярной биологии. Кроме того, примерно в это же время в лаборатории было совершено другое важное открытие - был обнаружен первый специфический IRES-связывающий белок, PTB, который впоследствии оказался вовлечен в огромное число клеточных процессов.
В 1998 году тем же коллективом была выполнена ещё одна работа, раскрывающая необычный механизм работы другого IRES-элемента, содержащегося в мРНК вируса гепатита С (HCV). Было показано, что этот IRES связывает непосредственно малую рибосомную субчастицу и не требует мРНК-связывающих факторов инициации. Эта мРНК стала первым случаем эукариотической инициации трансляции по "бактериальному" типу. Статья 1998 года благодаря своей революционности, а также особому интересу научного сообщества к вирусу гепатита С имеет индекс цитируемости более 250.
В течение последних 10 лет круг интересов лаборатории значительно расширился. Наряду с продолжающимися исследованиями внутренней инициации на вирусных мРНК, появилось несколько новых проектов по изучению неизвестных аспектов трансляции клеточных мРНК. Так, в 2001 году совместно с лаб. М. Хентце (Германия) был изучен механизм ингибирования трансляции мРНК фермента 15-липоксигеназы с помощью последовательности в её 3'-нетранслируемой области; в 2002 году совместно с лабораторией Л.П. Овчинникова было проведено исследование роли главного компонента мРНП, белка р50 (YB-1), в инициации трансляции; в 2003 году была показана принципиальная роль фактора eIF4B в трансляции мРНК со структурированными 5'-нетранслируемыми областями, а также разные требования к фактору eIF2 у разных мРНК в зависимости от структуры 5'-НТО. В 2006 году было показано существование уникального механизма бесфакторного связывания 80S рибосомы с мРНК, не имеющей 5'-НТО (безлидерной мРНК) - эта работа явилась продолжением исследования, проведенного в лаборатории ещё в 1992 году, когда аналогичный механизм был показан для бактериальной 70S рибосомы. В 2007 году была опубликована работа, посвящённая выяснению механизма инициации трансляции на уникальной бицистронной мРНК ретротранспозона LINE-1 человека. Однако в лаборатории продолжается и активное изучение вирусных мРНК: в 2003 году совместно с лаб. Б. Фелбер (США) было показано участие ядерного белка PSF в регуляции экспрессии мРНК вируса иммунодефицита человека; в 2004 году был обнаружен первый пример инициации по HCV-подобному типу среди представителей пикорнавирусов (вирус PTV); в 2005 при изучении мРНК вируса RhPV был раскрыт принципиально новый механизм функционирования IRES-элементов; в 2007 году опубликована статья об особенностях инициации трансляции на втором AUG-кодоне мРНК вируса ящура. Наконец, дальнейшее изучение IRES-элемента вируса гепатита С увенчалось открытием принципиальной возможности функционирования эукариотического трансляционного аппарата без ключевого фактора инициации eIF2, который доставляет инициаторную Мет-тРНК в рибосому и ранее считался принципиально незаменимым. Как оказалось, в случае мРНК HCV функцию доставки Мет-тРНК может брать на себя другой фактор инициации, eIF5B, который является эукариотическим гомологом бактериального фактора IF2 и котрому ранее отводилась лишь роль в рибосомных объединении субчастиц. Это открытие демонстрирует принципиальное сходство бактериальной и эукариотической трансляционных систем и одновременно показывает, какие условия необходимы для того, чтобы эукариотическая рибосома могла инициировать по "бактериальному" типу.
Крайне важным является то, что в лаборатории постоянно продолжается разработка новых и усовершенствование существующих методов исследования. В 2003 году был опробован метод детекции 48S и 80S инициаторных комплексов в клеточных лизатах, в 2006 и 2008 годах разработаны две новые бесклеточные системы трансляции in vitro, а в 2008 году - принципиально новый подход к визуализации рибосомных комплексов, для которого используется бактериальный токсин RelE.
Текущие исследования в лаборатории связаны с изучением, помимо классических моделей, также нескольких новых тематик: "клеточных IRES'ов", феномена "скольжения" 43S комплексов по мРНК после узнавания AUG-кодона (sliding), инициации трансляции мРНК вируса Денге, фактора eIF2A и с рядом других проектов. Лаборатория сотрудничает с коллегами из США, Германии, Великобритании, Испании, Дании, Швеции, а также с несколькими отечественными лабораториями из Москвы, Новосибирска и Пущино.