Отзыв - Центр теоретических проблем физико

УТВЕРЖДАЮ
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
Федеральное государственное
бюджетное учреждение науки
ИНСТИТУТ ИММУНОЛОГИИ И ФИЗИОЛОГИИ
Уральского отделения Российской академии наук
(ИИФ УрО РАН)
Первомайская ул., 106,
г. Екатеринбург, 620049
Тел./факс (343) 374-00-70
e-mail:[email protected]
Директор
ИИФ УрО РАН
академик РАН
_________________________ В.А. Черешнев
_______________________№________________________
На №18 ЦТП ФХФ РАН от 12 марта 2015 г.__________
ОТЗЫВ ВЕДУЩЕЙ ОРГАНИЗАЦИИ
о научно-практической ценности диссертации Зайцева Анатолия Владимировича
«Изучение взаимодействия микротрубочек с белками кинетохорного комплекса»,
представленной на соискание учёной степени кандидата биологических наук по
специальности 03.01.02 – биофизика
Актуальность темы выполненной работы. Митоз – наиболее распространённый способ
деления эукариотических клеток, суть которого состоит в строго одинаковом распределении
хромосом между ядрами дочерних клеток с тем, чтобы обеспечить их генетическую
идентичность и сохранить видовую преемственность. Очевидно, что митоз представляет
собой сложный и тонко, но надёжно, настроенный комплекс молекулярных механизмов,
обеспечивающих эту функцию. Повреждение любого из механизмов такого комплекса
может вести к генетическим аберрациям разной степени вплоть до летальных для организма.
Работа А.В. Зайцева лежит в русле самых современных и передовых мировых исследований,
раскрывая природу одного из этих механизмов – взаимодействия кинетохорных белков с
микротрубочками – и объясняя, как короткие одиночные взаимодействия отдельных белков
кинетохорного комплекса NDC80 с молекулами тубулина обеспечивают длительное
удержание микротрубочки в веретене деления, необходимое для цикла деления, а также
эффектов фосфорилирования белка Hec1 на это взаимодействие.
По этой причине диссертационная работа А.В. Зайцева, представляющая собой
экспериментальное и теоретическое исследование молекулярного механизма митоза, вне
всяких сомнений является актуальной научной задачей.
Связь работы с планами соответствующих отраслей науки и народного хозяйства. Цель
диссертационной работы Зайцева А.В. состоит в детальном биофизическом исследовании
механизмов регуляции этого взаимодействия, связанных с фосфорилированием. Работа
выполнена в соответствии с планом Центра теоретических проблем физико-химической
фармакологии РАН по тематике «Исследование механизмов деления клетки». Эта тема
1
является частью государственной проблемы изучения физиологии клетки, проводимой под
эгидой отделения физиологии РАН.
Новизна исследования и полученных результатов, выводов и рекомендаций,
сформулированных в диссертации. Проблемы терапии онкологических заболеваний
входят в круг важнейших проблем медицины нашего столетия. Последние 20 лет
ознаменовались большими успехами в этой области, однако до решения проблемы еще
далеко. Все современные достижения в этой области базируются на фундаментальных
исследованиях механизмов деления клеток. Поэтому новые результаты в фундаментальных
вопросах понимания механизмов деления и его регуляции регуляции очень востребованы и
актуальны. Исследования, проведенные А.В. Зайцевым, лежат в основном русле работ по
пониманию физиологии и биофизики деления клеток. Работа посвящена исследованию
митоза – одной из важнейших стадий деления. Известно, что в митозе формируется веретено
деления, состоящее, в основном, из микротрубочек – динамических полимеров тубулина.
Микротрубочки взаимодействуют со специальной зоной на каждой хромосоме клетки,
называемой кинетохором. Эта зона устроена так, что она обеспечивает микротрубочке
достаточно прочное закрепление за хромосому, которое при этом не мешает микротрубочке
как полимеризоваться, так и деполимеризоваться. Среди множества белковых комплексов,
формирующих кинетохор, одним из ключевых является комплекс NDC80. Отстутствие этого
белка летально для клетки. Разнообразные механизмы регуляции процессов закрепления и
движения хромосом, а также механизмы исправления ошибок в этих процессах, тесно
связаны с регуляцией взаимодействия микротрубочек с белками комплекса NDC80, через
множественные фосфорилирования этого комплекса.
Используя современные методы микроскопии и молекулярной биологии А.В. Зайцев
зарегистрировал одиночные взаимодействия белков кинетохорного комплекса NDC80 с
молекулами тубулина микротрубочек и проанализировал детали этого взаимодействия.
Применив генетически модифицированные по субдомену Hec1 комплексы NDC80, он
показал роль фосфорилирования этого участка в градуальном изменении констант
поверхностного связывания NDC80 с микротрубочкой. Автор нашёл, что время жизни (т.е.
время присоединённого состояния) комплекса NDC80 на тубулине составляет десятки
миллисекунд, тогда как полное время закрепления целого кинетохора на микротрубочке
достигает десяти минут, необходимых для цикла деления. Результаты экспериментальных
исследований дали ему аргументы в пользу гипотезы независимого взаимодействия белков
кинетохора с микротрубочкой, отличной от других гипотез – ‘рукава Хилла’ и ‘кольца
Dam1’. На основе своих экспериментальных результатов А.В. Зайцев разработал новую
математическую модель, которая объясняет и обосновывает механизм, позволяющий
коротким, но частым, взаимодействиям отдельных белков кинетохора удерживать
микротрубочку в течение многих минут.
Научная и практическая значимость полученных автором результатов для
специальности биофизика. Проведенное в диссертационной работе А.В. Зайцева
исследование имеет важное научное и практическое значение. Характеристики
взаимодействия кинетохорного комплекса NDC80 и микротрубочки, экспериментально
полученные А.В. Зайцевым, вносят важный вклад в понимание термодинамики работы
молекулярной машины, обеспечивающей расхождение хромосом в митозе. Эти
2
исследования, подкрепленные математическим моделированием, привели к новым
представлениям об архитектуре кинетохора. Разработанные в исследовании А.В. Зайцева
математические модели взаимодействия микротрубочек и кинетохоров служат базой для
дальнейшего количественного изучения механизмов сегрегации хромосом в клетках. Новые
знания о молекулярной структуре взаимодействий кинетохора с микротрубочками
указывают на особую роль некоторых областей молекулы NDC80. Эти области могут
оказаться отличными новыми потенциальными мишенями противоопухолевой терапии.
Конкретные рекомендации по использованию результатов и выводов диссертационной
работы с указанием организаций/учреждений, где их целесообразно внедрять, а также с
указанием научных коллективов, которым следует продолжить или развить
соответствующие исследования. Результаты диссертационной работы А.В. Зайцева могут
быть использованы в фундаментальных и прикладных исследованиях, связанных с
изучением деления клетки, установлением и регуляцией закреплений кинетохормикротрубочка, а также при разработке противораковых лекарственных препаратов,
нацеленных на кинетохорные белки. Результаты работы могут быть использованы в научных
исследованиях проводимых в Московском государственном университете, в СанктПетербургском государственном университе и ряде других университетов старны, а также в
научно-исследовательских институтах РАН, таких как Институт цитологии РАН, Институт
биологии гена РАН, Институт молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН,
Институт биоорганической химии имени М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН,
Институт молекулярной генетики РАН, Институт биологии развития имени Н.К. Кольцова
РАН, Институт биофизики клетки РАН, Институт теоретической и экспериментальной
биофизики РАН, и в ряде исследовательских учреждений медицинского профиля, таких как
Российский онкологический научный центр имени Н.Н. Блохина, Институт иммунологии и
других. Результаты работы представляют интерес в учебных курсах университетов и
медицинских институтов.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и заключения
диссертации
А.В.
Зайцева
подтверждается
высоким
современным
уровнем
экспериментальных исследований, выполненных автором, и тщательным теоретическим
анализом результатов этих исследований. Публикация результатов этой работы в
высокорейтинговых научных журналах указывает на то, что они успешно прошли
экспертизу международного научного сообщества.
Оценка содержания диссертации, её завершённость в целом, замечания по
оформлению. Диссертация А.В. Заяйцева изложена ясно и компактно, содержит хорошо
изложенное введение и обзор литературы, которые посвящают читателя в суть проблемы.
Описание методики даёт понимание уровня и сложностей технологий, использованных в
исследовании.
Основная
часть
диссертации
представляет
собой
описание
экспериментальных результатов по исследованию белков комплекса NDC80 с
микротрубочкой и математическое моделирование целого ряда аспектов этих
взаимодействий. Диссертация прекрасно иллюстрирована: фактически, каждый пункт
работы, от введения до заключения, включая экспериментальные главы и все этапы
моделирования, снабжён рисунком, графиком или фотографией, что, несомненно,
способствует лучшему пониманию материала. Замечаний по оформлению диссертации нет.
3
Соответствие автореферата основным положениям диссертации. Автореферат
полностью отражает основное содержание диссертации, построен по традиционному плану,
замечаний по содержанию и оформлению нет. Автореферат, как и диссертация, очень
хорошо иллюстрирован.
Подтверждение опубликования основных результатов диссертации в научной печати.
Основные результаты, вошедшие в диссертацию А.В. Зайцева, изложены в 4 статьях,
опубликованных в международных научных журналах, и докладывались на международных
научных конференциях.
Заключение. Диссертация Зайцева Анатолия Владимировича «Изучение взаимодействия
микротрубочек с белками кинетохорного комплекса», представленная на соискание учёной
степени кандидата биологических наук по специальности 03.01.02 – биофизика, является
самостоятельно выполненной научно-квалификационной работой, в которой решена важная
научная задача, раскрывающая механизм взаимодействие белков кинетохорного комплекса
NDC80 с молекулами тубулина в цикле митоза, а также эффекты фосфорилирования белка
Hec1 на это взаимодействие. По своей актуальности, научной новизне, теоретической и
практической значимости представленная диссертационная работа полностью соответствует
критериям параграфа II «Положения о порядке присуждения учёных степеней»,
утверждённого постановлением Правительства Российской Федерации № 842 от
24.09.2013 г., предъявляемым к кандидатским диссертациям, а её автор несомненно
заслуживает присуждения учёной степени кандидата биологических наук по специальности
03.01.02 – биофизика.
Отзыв обсуждён на заседании лаборатории биологической подвижности Института
иммунологии и физиологии Уральского отделения РАН 27.03.2015 г.
Заведующий лабораторией
биологической подвижности
Института иммунологии и физиологии УрО РАН
620049, Российская Федерация, г. Екатеринбург
ул. Первомайская, д. 106
Тел.: +7 343 374 1316
email: [email protected]
доктор биологических наук
Бершицкий Сергей Юрьевич
Подпись С.Ю. Бершицкого заверяю.
Главный специалист отдела кадров ИИФ УрО РАН
Отзыв ведущей организации поступил
И.В. Рогова
«
Учёный секретарь Совета Д.002.252.01
С отзывом ведущей организации ознакомлен
Соискатель
» _____________2015 г.
И.С. Николаева
«
» _____________2015 г.
А.В. Зайцев
4