Научные цели
Наша лаборатория стремится повысить счастье человечества через призму митохондриальной ДНК (мтДНК). Мы изучаем, как мтДНК влияет на все: от беременности человека до здоровой и долгой жизни. Чтобы понять роль мтДНК человека, мы анализируем эволюционное разнообразие в больших масштабах: от крошечных червей до крупных китов; это помогает раскрыть основные закономерности, определяющие эволюцию мтДНК: мутагенез, естественный отбор и дрейф. Благодаря нашим открытиям мы стремимся улучшить методику экстракорпорального оплодотворения, диагностику митохондриальных заболеваний, описание соматических мутаций в различных тканях (раковых и здоровых) и способствовать здоровому старению, продвигая тем самым митохондриальную медицину.
Научные направления
Эволюция митохондриального генома. Нас интересует эволюция генома митохондрий — остатков древних бактерий, интегрированных в наши клетки посредством симбиоза. Митохондриальный геном, часто используемый экологами и систематиками и включающий один из самых частых маркерных генов COX1, был тщательно секвенирован на сотнях тысяч видов. Используя этот обширный массив данных о мтДНК различных видов, мы используем биоинформатические методы, чтобы анализировать эволюцию мтДНК, которая основана на двух фундаментальных процессах: мутагенезе и отборе. Примечательно, что анализируя мтДНК различных видов, таких как киты, голые землекопы, страусы, пингвины, колибри и других, мы получаем ценную информацию о динамике мтДНК в различных состояниях человеческих тканей, включая рак и заболевания.
Эмбриология. Поскольку люди современного общества все позднее заводят детей, мы сталкиваемся с проблемами, включающими более высокий риск генетических аномалий эмбрионов и бесплодие. В рамках решения этих проблем мы сотрудничаем с ведущими клиниками экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) для создания комплексной базы данных геномов и фенотипов эмбрионов человека. Этот ресурс предоставляет исследователям бесценные данные для выявления генетических маркеров, связанных с успешной беременностью и родами. Наш анализ предоставляет уникальную возможность идентифицировать наиболее важные генетические маркеры жизнеспособности эмбриона. Мы стремимся отличать эмбрионы, которые могут развиться здоровыми, от тех, которые могут не выжить после имплантации. В настоящее время наше внимание сосредоточено на митохондриальном геноме из-за его жизненно важной роли в энергетическом обмене, который имеет решающее значение для клеточного функционирования и развития. Нарушение фунционирования митохондрий может существенно повлиять на фертильность и снизить шансы на успешную беременность. Наша цель — расшифровать митохондриальные механизмы, необходимые для здоровых оплодотворения, беременности и родов. Наши усилия направлены на то, чтобы предоставить врачам ключевую информацию об отборе эмбрионов и улучшить наше понимание фертильности, тем самым открыв путь к инновационным методам диагностики и лечения. Наши первоначальные результаты обещают значительно повысить показатели успешных ЭКО.
Отбор одомашненных видов. Исторически одомашнивание диких видов и искусственный отбор были направлены на усиление полезных для человека качеств, таких как увеличение надоев молока и мяса. Однако этот процесс привел к коллизиям в молекулярной эволюции этих видов, что привело к деградации их геномов за счет накопления слабовредных вариантов, формирующих признаки, которые не отбирались. Это вызвало снижение приспособленности, выраженное более низкими показателями здоровья, повышенной восприимчивостью к заболеваниям и снижением устойчивости к изменениям окружающей среды. Наша цель — улучшить качество генома и, как следствие, состояние здоровья одомашненных видов, сохранив, а возможно, и усилив признаки, отобранные человеком. Для этого мы выявляем сильные стрессовые факторы, которые вызывают отсекающий, очищающий отбор, при котором большинство организмов, отягощенных избытком слабовредных вариантов, умирают, оставляя в популяции наиболее здоровых особей. Наши первые эксперименты, проводимые на обыкновенном карпе, Cyprinus carpio, показали, что тепловой шок может служить универсальным фактором, избирательно устраняющим личинок с высоким грузом слабовредных вариантов. В настоящее время мы работаем над тем, чтобы применить наш метод очистки генома к другим одомашненным видам, стремясь улучшить их общее здоровье и жизнеспособность.
Митохондриальная компонента здорового старения. Мы стареем из-за накопления геномных ошибок, которые со временем распространяются в наших тканях. В нашей лаборатории мы уделяем особое внимание митохондриальной компоненте старения, уделяя особое внимание мтДНК. мтДНК существенно влияет на старение, главным образом, благодаря двум свойствам: 1) ее хрупкости, о чем свидетельствует скорость накопления мутаций, в 100 раз превышающая таковой на ядерной ДНК, и ее восприимчивость к длинным делециям; и 2) ее конкурентный характер на внутриклеточном уровне. Внутри каждой клетки конкурируют несколько копий мтДНК, каждая из которых реплицируется с разной скоростью. Это приводит к «эгоистичному» отбору, при котором могут доминировать варианты мтДНК с высокой скоростью репликации, но с более низким функциональным качеством. Такие сценарии более распространены в медленно делящихся клетках-хозяевах, таких как нейроны и клетки скелетной мускулатуры – именно в тех тканях, в которых известны многочисленные «проблемы с мтДНК». Мы стремимся определить факторы, которые управляют мутагенезом мтДНК (ее хрупкостью) и естественным отбором (конкурентная динамика). Понимая и обращаясь к этим аспектам мтДНК – ее мутагенезу и отбору – наши исследования проливают свет на значение митохондрий в старении человека, что позволяет нам разрабатывать стратегии для более здоровой и продолжительной жизни.