Московский Государственный УниверситетНИИ ФХБ им. А. Н. Белозерского

Научно-методическая работа • ПреподаваниеИсследованияКомпьютерно-математическое обеспечение

Научно-методическая работа

Отдел электронной микроскопии относится к группе научно-методических отделов НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского. Главная задача отдела – обеспечивать те работы сотрудников института и факультета биоинженерии и биоинформатики, в которых используется методы ультраструктурного анализа биологических объектов. Потребность в ультраструктурных исследованиях неуклонно возрастает, и отдел постоянно поддерживает высокое качество и бесперебойность работы имеющегося приборного парка: электронных микроскопов, вакуумных распылителей металла и ультрамикротомов. Только при этом условии специалисты, работающие в институте и на факультете, могут в полной мере реализовать свои научные идеи. Однако наладкой и эксплуатацией приборов деятельность сотрудников отдела не ограничивается. Поскольку метод электронной микроскопии достаточно дорог и трудоемок, наша задача - аргументировано убедить потенциальных клиентов в том, что электронный микроскоп целесообразно использовать только в том случае, если проблема не может быть решена каким либо другим методом. Другая, не менее важная задача, вытекающая из специфики метода, - оказание научно-методической помощи в планировании и проведении экспериментов. И, наконец, третья задача – обучать работе на приборах тех сотрудников института, которые в своей работе постоянно используют метод электронной микроскопии.

Приборный парк отдела включает

При возникновении потребности в использовании какого-либо оборудования сотрудники института должны обратиться к заведующему отделом для обсуждения предполагаемой работы и выбора наиболее удобной схемы использования приборов. Как показывает многолетняя практика, при планировании работ дипломников или аспирантов, необходимо участие в обсуждении их руководителей.

Запись на электронные микроскопы производится по понедельникам в 14.00 в комнате 233 (обращаться к А.В. Лазареву).

Группа эксплуатации оптических микрскопов.

Для повышения эффективности использования световых микроскопов была создана группа эксплуатации под руководством др. Плетюшкиной О. Ю. В состав группы вошли сотрудники отдела Электронной Микроскопии. Группа осуществляет поддержку приборного парка, обучение начинащих пользователей работе на приборах и организацию сеансов.

По вопросам использования приборного парка, обслуживаемого группой, обращаться к . Инструктаж проводится по понедельникам с 10:00 до 14:00 по предварительной договоренности (обращаться к). Бланк записи (он же - расписание сеансов) для допущенных к работе пользователей вывешиается в понедельник, в 13:30 на двери комнаты И-6 (отд. Изотпов).

Научно-методическая работа • Преподавание • ИсследованияКомпьютерно-математическое обеспечениеВверх!

Преподавание

Институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского является подразделением Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, и сотрудники отдела постоянно участвуют в преподавательской деятельности.

Курс лекций по клеточной биологии.

Лекционный курс для студентов факультета Биоинженерии и Биоинформатики МГУ читает д. б. н., профессор Иван Андреевич Воробьев.

Практикум по методам клеточной биологии для студентов факультета биоинженерии и биоинформатики.

Практический курс был разработан специально для студентов факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ с целью обучения их базовым методам современной клеточной биологии. Основу курса составляют практические задачи, которые позволяют студентам освоить методики, которые широко применяются при проведении исследований в различных областях биологии: культивирование клеток эукариот, иммуноцитохимия, прижизненные наблюдения, приготовление хромосомных препаратов.

В рамках курса студенты знакомятся с основными принципами устройства и применения, а так же приобретают начальные навыки использования современных научных приборов - флуресцентных, лазерных конфокальных и электронных микроскопов. Особое внимание уделяется рассмотрению особенностей приборов в свете решения наиболее часто встречающихся исследовательских задач: световой и электронно-микроскопической иммуноцитохимии, прижизненных наблюдений и динамических экспериментов на культивируемых клетках, исследований ультраструктурной организации клеток и биомолекул.

Практические занятия дополняются лекциями, на которых обсуждаются теоретические основы экспериментальных методик. Курс обновляется каждый год.

Преподаватели: Алиева И. Б., Киреев И. И., Голышев С. А., Арифулин Е. А., Курчашова С. Ю.

Научно-методическая работа Преподавание • Исследования • Компьютерно-математическое обеспечениеВверх!

Исследования

Изучение архитектуры интерфазного хроматина.

Интерфазное ядро - сложная многокомпонетная система, главная функция которой - организация хранения, воспроизведения и реализации генетической информации. Хроматин, как носитель этой информации, является главным компонетом этой системы. Принципы его пространственной организациии - его архитектура - является ключем к пониманию механизмов функционирования и регулирования большинства внутриклеточных процессов. В рамках данного исследования показано, что основным элементом архитектуры хроматина, независмо от его функционального статуса, является глобулярный домен диаметром около 100 нм. В эухроматине такие глобулы разделяются более тонкими фибриллами-линкерами, а в гетерохроматиновых зонах тесно сближаются, формируя тяжи - хромонемы (Голышев, Поляков, 2007; Голышев и др., 2008).

Архитектура интерфазного хроматина в клетках L929, пермеабилизированных в растворе с низкой силой в присутсвие двухвалентных катионов. CP - цитоплазма, NP - нуклеоплазма, NE - ядерная оболочка, RS - сайт репликации в периферическом гетерохроматине, гранулы золота связаны с антителами против БрдУ, тонкие  стрелки - эухроматин, звездочка - хромоцентр (домен конститутивного гетерохроматина), указатели - контакт переферического гетерохроматина с ядерной оболочкой.

Архитектура интерфазного хроматина в клетках L929, пермеабилизированных в растворе с низкой силой в присутсвие двухвалентных катионов. CP - цитоплазма, NP - нуклеоплазма, NE - ядерная оболочка, RS - сайт репликации в периферическом гетерохроматине, гранулы золота связаны с антителами против БрдУ, тонкие стрелки - эухроматин, звездочка - хромоцентр (домен конститутивного гетерохроматина), указатели - контакт переферического гетерохроматина с ядерной оболочкой.

Вверх!

Изучение общих принципов организации митотических хромосом: синтез радиально-петельной модели и модели иерархического фолдинга.

Организация митотических хромосом высших эукариот остается одной из наиболее темных областей современной клеточной биологии. В настоящее время наибольшее распространение получили две модели – радиально-петельная модель и модель иерархического фолдинга. Эти две модели основываются на экспериментальных фактах, полученных различными методами, причем нет никаких оснований сомневаться в достоверности лежащих в их основании экспериментальных фактов. Это заставляет думать, что каждая из этих моделей описывает только один из аспектов, а не универсальный принцип организации хромосом. Поэтому в отделе предпринимались попытки найти способы непротиворечиво объединить основные постулаты разных моделей. Нами получены данные, свидетельствующие об упорядоченной компактизации петлевых доменов в хромомеры. Последние могут являться структурной единицей 100 нм хроматиновой фибриллы (хромонемы) (Sheval, Polyakov, 2006). Ранее мы предположили, что в компактизацию хромомеров могут быть вовлечены нематриксные негистоновые белки (Sheval et al., 2002; 2004).

Model of chromosome organization. (A) The chromosome decondensation stages. (a) Condensed metaphase chromosomes with axial scaffold. (b) Swelled chromosome after dextran sulphate/heparin extraction. (c) High-salt extracted chromosome. Red – axial scaffold containing topoisomerase IIα, blue – chromatin. (B) The chromonema decondensation stages. (a) Condensed 100-130 nm chromonema. (b) Partial extraction of chromatin proteins by dextran sulphate/heparin reveals intermediates of loop domain compaction with rosette-like organization. (c) Loop domains revealed after high-salt extraction. Red rectangulars – SARs/MARs. (B) Synthesis of radial loop and hierarchical folding models. The compaction of loop domains leads to 100-130 nm chromonema formation. Scaffold components involved into organization of loop domain bases are included into condensed chromonema. The chromonema folds into 200-250 nm fiber, which folds into metaphase chromatid. The axial chromosome scaffold is participated in compaction of prophase chromatid (200-250 nm fiber) and is not participated in chromonema maintenance.

Модель организации митотической хромосомы. (A) Этапы искусственной деконденсации хромосом. (a) Конденсированная метафазная хромосома с аксиальным скэффолдом. (b) Набухшая хромосома после экстракции смесью декстран сульфата и гепарина. (c) Хромосома, экстрагированная солевым раствором (2 M NaCl). Аксиальный скэффолд выделен красным, хроматин, обедненный топоизомеразой IIα, - синим. (B) Этапы искусственной деконденсации хромонемы. (a) Конденсированная (нативная) хромонема диаметром 100-130 нм. (b) Частичная экстракция белков хромонемы позволяет выявить интермедиаты компактизации петлевых доменов, имеющие розеточную организацию. (c) Солевая экстракция позволяет выявить петлевые домены. Красные прямоугольники – SARs/MARs. (B) Синтез радиально-петельной модели и модели иерархического фолдинга. Компактизация петлевых доменов приводит к формированию 100-130 нм хромонемы. При этом компоненты скэффолда, участвующие в организации оснований петлевых доменов, могут включаться в состав хромонемы. Хромонема упаковывается в 200-250 нм фибриллу, которая в свою очередь компактизируется и формирует в результате метафазную хроматиду. Аксиальный скэффолд принимает участие в компактизации метафазной хроматиды, но не вовлечен в поддержание структурной целостности хромонем.

Вверх!

Периферический домен хромосомного скэффолда

С использованием оригинального протокола экстракции был выявлен новый компонент конденсированных митотических хромосом, который мы назвали периферическим хромосомным скэффолдом. В составе этого хромосомного домена выявлены некотороые белки перихромосомного слоя (pKi-67, B23/нуклеофозмин, фибрилларин). В составе периферического хромосомного скэффолда ДНК не выявлялась, т.е. основания петлевых доменов, SARs, не ассоциировали с этой структурой. Современные модели организации митотических хромосом не предсказывают существование такой структуры, поэтому экспериментальный и теоретический анализ выявленной в работе структуры может иметь большое значение для понимания общих принципов организации и формирования хромосом.

The peripheral chromosome scaffold is labeled with anti-pKi-67 antibodies (arrowheads), and, thus, this structural entity is a residual component of the perichromosomal layer. The axial scaffold does not contain pKi-67 (arrows).

Периферический хромосомный скэффолд содержит pKi-67 (треугольные стрелки). Таким образом, этот компонент скэффолда является остаточным белком перихромосомного слоя митотических хромосом. Аксиальный скэффолд (стрелки) не содержит pKi-67.

Вверх!

Научно-методическая работаПреподаваниеИсследования • Компьютерно-математическое обеспечение • Вверх!

Компьютерно-математическое обеспечение

Современная клеточная биология немыслима без количественного анализа данных, изначально представленных в виде изображений. Одним из новых направлений деятельности отдела является создание инструментов для извлечения количественной информации из микрофотографий, получаемых с использованием световых и электронных микроскопов. В качестве платформы, в рамках которой работают наши инструменты, выбрана программа ImageJ - широко известный и популярный в научных кругах написанный на языке Java свободно распространяемый расширяемый кросс-платформенный пакет анализа изображений.

Сейчас мы можем предложить следующий инструмент

AutoFRAP - макрокоманда-оболочка для подключаемого модуля FRAP-Profiler (абсолютно необходим) (MacMaster Biophotonics), которая облегчает анализ большого количества файлов с помощью этого модуля, и выполняющая процедуры усреднения данных в кадрах, снятых до обесцвечивания и вычитание фона. Настоятельно рекомендуем загрузить инструкцию по использованию оболочки, а для энтузиастов полезным может оказаться исходный код модуля FRAP_Profiler.

Вверх!

Разметка сайта: Сергей Голышев