Лаборатория геномной и белковой инженерии

Жарков Дмитрий Олегович
Чл.корр. РАН, доктор биологических наук, доцент
Победитель конкурса Фонда содействия отечественной науке «Лучшие ученые РАН»; победитель конкурса научно-популярных статей РФФИ; член редакционной коллегии журнала «Journal of Biomolecular Structure and Dynamics»; член Совета по науке Министерства образования и науки РФ, г.н.с.

телефон: (383) 363-51-87 Email

• Фундаментальные механизмы повреждения ДНК, репарации ДНК и клеточного ответа на генотоксический стресс.
• Заболевания человека, связанные с генотоксическим стрессом и дефектами репарации ДНК.
• Создание молекулярно-биологического инструментария с использованием ферментов репарации ДНК.
• Дизайн ферментов и многокомпонентных комплексов биополимеров с заданными функциями.
  

• Проведен комплекс исследований факторов, влияющих на субстратную специфичность фермента Fpg и OGG1. Часто возникающее в геноме поврежденное основание 8-оксогуанин (oxoG) стимулирует мутагенное включение dAMP при репликации. При репарации oxoG ферментами Fpg бактерий и OGG1 человека для предотвращения мутагенеза oxoG должен удаляться из пар oxoG:C, но не из пар oxoG:A. Установлены механизмы действия этих ферментов, основные параметры строения ДНК, влияющие на их активность, определены аминокислотные остатки, критичные для их функционирования. [Kirpota et al., Nucleic Acids Res. 2011. 39, 4836; Popov et al., J. Comput. Chem. 2013. 34, 319].
• Проведен комплекс исследований ферментов NEIL1 и NEIL2 человека – гомологов белков Escherichia coli формамидопиримидин-ДНК-гликозилазы (Fpg) и эндонуклеазы VIII (Nei). Установлен подробный механизм узнавания поврежденных оснований ферментами этого класса. Показано, что NEIL1 вместе с 8-оксогуанин-ДНК-гликозилазой человека (OGG1) отвечает за репарацию поврежденного основания 8-оксоаденина в ДНК. Установлены участки белка NEIL2, ответственные за связывание с ДНК. [Grin et al., FEBS Lett. 2010. 584, 1553; Grin et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 2010. 394, 100; Kuznetsov et al., DNA Repair. 2012. 11, 884].
• Поиск специфических участков в ДНК может идти по трем основным механизмам: ненаправленной трехмерной диффузии (дистрибутивный поиск), ненаправленной одномерной диффузии (процессивный поиск) и АТФ-зависимой направленной транслокации. Разработан новый метод, позволяющий количественно охарактеризовать процессивный поиск, в том числе оценить вклад в него разных механизмов транслокации. Метод использован для установления механизма поиска повреждений урацил-ДНК-гликозилазами и апурин-апиримидиновыми эндонуклеазами человека и E. coli. Показано, что эти ферменты способны вести коррелированный поиск при низкой ионной силе и переходить на дистрибутивную модель при ее повышении, количественно охарактеризован механизм поиска. [Zharkov et al., Mutat. Res. 2010. 685, 11; Mechetin & Zharkov, Biochem. Biophys. Res. Commun. 2011; Мечетин, Жарков, ДАН. 2011. 437, 695].
• Исследована роль репарации ДНК в разрастании тринуклеотидных повторов и в регуляции статуса эпигенетического метилирования ДНК – процессов, связанных с нейродегенеративными и онкологическими заболеваниями. Установлены закономерности эффективности репарации внутри трактов тринуклеотидных повторов. Показана роль ДНК-гликозилазы MBD4 в активном деметилировании CpG-островков в ДНК. [Деревянко и др., Биохимия. 2012. 77, 342; Morera et al., Nucleic Acids Res. 2012. 40, 9917].

Базовые проекты

• Проект КП ФНИ СО РАН II.1 (ГЗ № 0309-2018-0008) Блок: Исследование биологической активности полученных соединений и продуктов фотолиза по отношению к набору различных клеточных линий. Проверка потенциальных клеточных и ферментативных мишеней, принимающих участие в процессе цитотоксического воздействия. Проект: Синтез, исследование биологической активности и фотохимических свойств новых нитрозокомплексов рутения с N-донорными гетероциклами. (2016-2018 гг.)
  
• ПФИ РАН по приоритетному направлению I.42 (ФИМТ, ГЗ № 0309-2018-0021) Новые методы РНК-адресованного редактирования генома. (2018-2020 гг.)
  
• ПФНИ ГАН (2013-2020), VI.62.1.5, 0309-2016-0003 «Синтетическая биология: разработка средств манипуляции генетическим материалом и создание перспективных препаратов для терапии и диагностики» (2017-2020 гг.)
  

Гранты Российского научного фонда

• № 18-74- 00052 «Использование молекулярной динамики для предсказания функциональности встречающихся в раковых опухолях вариантов белков, отвечающих за устойчивость к химиотерапии» (2018-2020 гг.)
  
• № 19-74-00068 «Характеристика GO-системы Staphylococcus aureus как потенциальной мишени для комбинированной антибиотикотерапии» (2019-2021 гг.)
• № 21-74-00061 «Механизмы генотоксичности ДНК-пептидных сшивок с апурин-апиримидиновыми сайтами»
• № 21-74-10104 «Биоортогональность в свете защитных механизмов клетки: взаимодействие неприродных нуклеиновых кислот с системой эксцизионной репарации оснований ДНК»
  

Гранты Российского фонда фундаментальных исследований

• № 18-29-07059 (МК) «Создание системы на основе CRISPR/Cas9 и неклассической мисматч-репарации для адресного эпигенетического деметилирования ДНК».(2018-2021 гг.)
• № 18-44-540029 р_а «Роль однонуклеотидных полиморфных вариантов гена NEIL2 человека при репарации ДНК в процессах канцерогенеза и развития устойчивости раковых клеток к противоопухолевым препаратам» (2018-2020 гг.)
  
• № 17-00-00261 комфи «Роль наследственных полиморфизмов и соматических мутаций в гликозилазах репарации окислительных повреждений ДНК в модуляции эффективности противоопухолевой терапии» (2018-2020 гг.)

НЦНИ_а Международный инициативный научный проект РФФИ и НЦНИ

• № 19-44-543011 р_мол_а «Полиоксометаллаты платины как потенциальные противоопухолевые агенты» (2019-2021 гг.).

1. Dynamics of 8-oxoguanine in DNA: Decisive effects of base pairing and nucleotide context. Ovcherenko S.S., Shernyukov A.V., Nasonov D.M., Endutkin A.V., Zharkov D.O., Bagryanskaya E.G.Journal of the American Chemical Society. 2023. V. 145. N 10. P. 5613-5617. DOI: 10.1021/jacs.2c11230
2. Механизмы специфичности системы CRISPR/Cas9 в геномном редактировании. Кулишова Л.М., Вохтанцев И.П., Ким Д.В., Жарков Д.О. Молекулярная биология. 2023. Т. 57. № 2. C. 269-284. DOI: 10.31857/S0026898423020155
3. Факторы, влияющие на стабильность тримерной формы 2′-дезоксиуридин-5′-трифосфатнуклеотидгидролазы Escherichia coli. Юдкина А.В., Коваленко Е.А., Ендуткин А.В., Панферова Е.П., Кириленко А.А., Коханенко А.А., Жарков Д.О. Молекулярная биология. 2023. Т. 57. № 2. С. 330-339. DOI: 10.31857/S0026898423020246
4. Pan-cancer antagonistic inhibition pattern of ATM-driven G2/M checkpoint pathway vs other DNA repair pathways. Zolotovskaia M.A., Modestov A., Suntsova M.V., Rachkova A., Koroleva E.V., Poddubskaya E.V., Sekacheva M.I., Tkachev V.S., Garazha A., Glusker A.A., Seryakov A., Vladimirova U., Rumiantsev P., Moisseev A., Zharkov D.O., Kuzmin D.V., Wang Y., Prassolov V., Shegay P.V., Li X., Steinbichler T.B., Kim E., Sorokin M., Buzdin A.B. DNA Repair.2023. V. 123. P. 103448. DOI: 10.1016/j.dnarep.2023.103448
5. DNA damage response and repair in boron–neutron capture therapy. Mechetin G.V., Zharkov D.O. Genes. 2023. V. 12. N 1. P. 127. DOI: 10.3390/genes14010127
6. Dynamics and Conformational Changes in Human NEIL2 DNA Glycosylase Analyzed by Hydrogen/Deuterium Exchange Mass Spectrometry. Zhdanova P.V., Chernonosov A.A., Zharkov D.O., Koval V.V. J. Mol. Biol. 2022. P. 167334. DOI: 10.1016/j.jmb.2021.167334
7. Характеристика деметилирующей ДНК-гликозилазы ROS1 из Nicotiana tabacum L. Петрова Д.В., Пермякова Н.В., Грин И.Р., Жарков Д.О. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2022. Т. 26. № 4. С. 341-348. DOI: 10.18699/VJGB-22-41
8. Miscoding and DNA polymerase stalling by methoxyamine-adducted abasic sites. Yudkina A.V., Zharkov D.O. Chem. Res. Toxicol. 2022. V. 35. N 2. P. 303-314. DOI: 10.1021/acs.chemrestox.1c00359
9. Stalling of eukaryotic translesion DNA polymerases at DNA-protein cross-links. Yudkina A.V., Shilkin E.S., Makarova A.V., Zharkov D.O. Genes. 2022. V. 13. N 2. P. 166. DOI: 10.3390/genes13020166
10. Dataset for dynamics and conformational changes in human NEIL2 protein analyzed by integrative structural biology approach. Zhdanova P.V., Ishchenko A.A., Chernonosov A.A., Zharkov D.O., Koval V.V. Data in Brief. 2022. V. 40. P. 107760. DOI: 10.1016/j.dib.2021.107760
11. Влияние метилирования ДНК на 3′→5′-экзонуклеазную активность основной апурин-апиримидиновой эндонуклеазы человека APEX1. Ендуткин А.В., Яценко Д.Д., Жарков Д.О. Биохимия. 2022. Т. 87. № 1. С. 3-15. DOI: 10.31857/S0320972522010018
12. Effect of DNA methylation on the 3′→5′ exonuclease activity of major human abasic site endonuclease APEX1. Endutkin A.V., Yacenko D.D., Zharkov D.O. Biochemistry (Moscow). 2022. V. 87. N 1. P. 10-20. DOI: 10.1134/S0006297922010023 (перевод)
13. A low-activity polymorphic variant of human NEIL2 DNA glycosylase. Kakhkharova Z.I., Zharkov D.O., Grin I.R. Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. N 4. P. 2212 DOI: 10.3390/ijms23042212
14. Noncatalytic domains in DNA glycosylases. Torgasheva N.A., Dyatlova E., Grin I.R., Endutkin A.V., Mechetin G.V., Vokhtantsev I.P., Yudkina A.V., Zharkov D.O. Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. N 13. P. 7286. DOI: 10.3390/ijms23137286
15. Recognition of a clickable abasic site analog by DNA polymerases and DNA repair enzymes. Endutkin A.V., Yudkina A.V., Zharkov T.D., Kim D.V., Zharkov D.O. Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. N 21. P. 13353. DOI: 10.3390/ijms232113353
16. Механизмы обеспечения стабильности генома коронавирусов как потенциальные мишени для противовирусных средств. Ююкина С.К., Жарков Д.О. Вестник РАН. 2022. Т. 92. № 8. С. 737-746. DOI: 10.31857/S0869587322080175
17. Mechanisms of Coronavirus Genome Stability As Potential Targets for Antiviral Drugs. Yuyukina S.K., Zharkov D.O. Вестник РАН. 2022. V. 92. N 8. P. 737–746. DOI: 10.1134/S1019331622040256 (перевод)
18. Cloning and characterization of the major AP endonuclease from Staphylococcus aureus. Turgimbayeva A., Zein U., Zharkov D.O., Ramankulov Y., Saparbaev M., Abeldenov S. DNA Repair. 2022. V. 119. P. 103390. DOI: 10.1016/j.dnarep.2022.103390
19. Distinct mechanisms of target search by endonuclease VIII-like DNA glycosylases. Dyatlova E., Mechetin G.V., Zharkov D.O. Cells. 2022. V. 11. N 20. P. 3192. DOI: 10.3390/cells11203192
20. Natural Nucleoside Modifications in Guide RNAs Can Modulate the Activity of the CRISPR-Cas9 System In Vitro. Prokhorova D.V., Vokhtantsev I.P., Tolstova P.O., Zhuravlev E.S., Kulishova L.M., Zharkov D.O., Stepanov G.A. CRISPR J.2022. V. 5. N 6. P. 799-812. DOI: 10.1089/crispr.2022.0069
21. A new class of uracil–DNA glycosylase inhibitors active against human and vaccinia virus enzyme. Grin I.R., Mechetin G.V., Kasymov R.D., Dyatlova E., Yudkina A.V., Shchelkunov S.N., Gileva I.P., Denisova A.D., Stepanov G.A., Chilov G.G., Zharkov D.O. Molecules. 2021. V. 26. N 21. P. 6668. DOI: 10.3390/molecules26216668
22. Molecular dynamics approach to identification of new OGG1 cancer-associated somatic variants with impaired activity. Popov A.V., Endutkin A.V., Yacenko D.D., Yudkina A.V., Barmatov A.E., Makasheva K.A., Raspopova D.Y., Dyatlova E., Zharkov D.O.J. Biol. Chem. 2021.V. 296. P. 100229. DOI: 10.1074/jbc.RA120.014455
23. Матричные свойства 5-метилцитозина и 5-гидроксиметилцитозина в реакциях с транслезионными и репарационными ДНК-полимеразами человека. Шилкин Е.С., Петрова Д.В., Полтораченко В.А., Болдинова Е.О., Жарков Д.О., Макарова А.В. Молекулярная биология. 2021. Т. 55. № 2. С. 305–311. DOI: 10.31857/S0026898421020130
24. Изучение свойств рекомбинантной эндонуклеазы IV Mycobacterium tuberculosis. Дымова М.А., Ендуткин А.В., Полуновский В.В., Закабунин А.И., Храпов Е.А., Торгашева Н.А., Юдкина А.В., Мечетин Г.В., Филипенко М.Л., Жарков Д.О. Молекулярная биология. 2021. Т. 55. № 2. С. 258–268. DOI: 10.31857/S002689842102004X
25. GO-система: путь репарации ДНК для борьбы с окислительными повреждениями. Ендуткин А.В., Жарков Д.О. Молекулярная биология. 2021. Т. 55. № 2. С. 223–242. DOI: 10.31857/S0026898421020063
26. Apurinic/Apyrimidinic Endonuclease 1 and Tyrosyl-DNA Phosphodiesterase 1 Prevent Suicidal Covalent DNA-Protein Crosslink at Apurinic/Apyrimidinic Site. Lebedeva N.A., Rechkunova N.I., Endutkin A.V., Lavrik O.I. Front. Cell Dev Biol. 2021. V. 8. P. 617301. DOI: 10.3389/fcell.2020.617301
27. Characterization of recombinant endonuclease IV from Mycobacterium tuberculosis. Dymova M.A., Endutkin A.V., Polunovsky V.V., Zakabunin A.I., Khrapov E.A., Torgasheva N.A., Yudkina A.V., Mechetin G.V., Filipenko M.L., Zharkov D.O. Молекулярная биология. 2021. V. 55. N 2. P. 225-233. DOI: 10.1134/S0026893321020059 (перевод)
28. DNA glycosylases for 8-oxoguanine repair in Staphylococcus aureus. Endutkin A.V., Panferova E.P., Barmatov A.E., Zharkov D.O. DNA Repair. 2021. V. 105. P. 103160. DOI: 10.1016/j.dnarep.2021.103160
29. Evolutionary origins of DNA repair pathways: Role of oxygen catastrophe in the emergence of DNA glycosylases. Prorok P., Grin I.R., Matkarimov B.T., Ishchenko A.A., Laval J., Zharkov D.O., Saparbaev M.K. Cells. 2021. V. 10. N 7. P. 1591. DOI: 10.3390/cells10071591
30. Novel approach to the delivery into the cells and light-activation of the guide RNA for the genome editing CRISPR/Cas9 system. Yakovlev A.N., Akhmetova E.A., Danilin N.A., Semikolenova O.A., Vokhtantsev I.P., Kim D.V., Zharkov D.O., Venyaminova A.G., Novopashina D.S. Febs Open Bio. 2021. V. 11. S. 1. P. 122. DOI: 10.1002/2211-5463.13205 (тезисы конференции)
31. Go system, a DNA repair pathway to cope with oxidative damage. Endutkin A.V., Zharkov D.O. Молекулярная биология. 2021. V. 55. N 2. P. 193-210. DOI: 10.1134/S0026893321020072 (перевод)
32. Template properties of 5-methyl-2'-deoxycytidine and 5-hydroxymethyl-2'-deoxycytidine in reactions with human translesion and rePARATIVE DNA polymerases. Shilkin E.S., Poltorachenko V.A., Boldinova E.O., Makarova A.V., Petrova D.V., Zharkov D.O. Молекулярная биология. 2021. V. 55. N 2. P. 267-272. DOI: 10.1134/S0026893321020138 (перевод)
33. Mild phenotype of knockouts of the major apurinic/apyrimidinic endonuclease APEX1 in a non-cancer human cell line. Kim D.V., Kulishova L.M., Torgasheva N.A., Melentyev V.S., Dianov G.L., Medvedev S.P., Zakiyan S.M., Zharkov D.O. PloS ONE. 2021. V. 16. N 9. P. e0257473. DOI: 10.1371/journal.pone.0257473
34. Рецензия на монографию «методы редактирования генов и геномов» под редакцией д. б. н., профессора С.М. Закияна, к. б. н. С.П. Медведева, к. б. н. Е.В. Дементьевой И Академика РАН В.В. Власова. Жарков Д.О. Гены и клетки. 2021. Т. 16. № 1. С. 92-93. (рецензия)
35. Boron-containing nucleosides as tools for boron–neutron capture therapy. Zharkov D.O., Yudkina A.V., Riesebeck T., Loshchenova P.., Mostovich E.A., Dianov G.L. Am. J. of Canc. Res. 2021. V. 11. N 10. P. 4668-4682.
36. Translesion activity of PrimPol on DNA with cisplatin and DNA–protein cross-links. Boldinova E.O., Yudkina A.V., Shilkin E.S., Gagarinskaya D.I., Baranovskiy A.G., Tahirov T.H., Zharkov D.O., Makarova A.V. Scientific Reports. 2021. V. 11. P. 17588. DOI: 10.1038/s41598-021-96692-y

1. БАЗА ДАННЫХ УЧЕТА БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ И ОПИСАНИЯ КЛИНИКО-ПАТОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПАЦИЕНТОВ С ЗАБОЛЕВАНИЯМИ ЛЕГКОГО (БД-РЛ). Морозкин Е.С., Попов А.В., Пономарева А.А., Чердынцева Н.В., Рыкова Е.Ю., Аникеева О.Ю., Пашковская О.А., Покушалов Е.А., Лактионов П.П., Власов В.В. 2015 г. № 2015620538
2. БАЗА ДАННЫХ УЧЕТА БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ И ОПИСАНИЯ КЛИНИКО-ПАТОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПАЦИЕНТОВ С НОВООБРАЗОВАНИЯМИ ПРЕДСТАТЕЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗЫ. Брызгунова О.Е., Морозкин Е.С., Попов А.В., Бондарь А.А., Тамкович С.Н., Зарипов М.М., Покушалов Е.А., Лактионов П.П. 2014 г. № 2014620509
3. БАЗА ДАННЫХ УЧЕТА БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ ОТ ПАЦИЕНТОВ С НОВООБРАЗОВАНИЯМИ МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ (УБО-НМЖ). Тамкович С.Н., Милейко В.А., Попов А.В., Власов В.В., Лактионов П.П. 2012 г. № 2012621042.
4. СРЕДСТВО ДЛЯ ИНГИБИРОВАНИЯ ФЕРМЕНТА 8-ОКСОГУАНИН-ДНК-ГЛИКОЗИЛАЗЫ ЧЕЛОВЕКА. Кузнецов Н.А., Коваль В.В., Воробьев Ю.Н., Жарков Д.О., Сильников В.Н., Федорова О.С. 2010 г. № 2380417