Baltymų-nukleorūgščių sąveikos tyrimų skyrius

Publikacijos

2019 m.

Gordeeva J, Morozova N, Sierro N, Isaev A, Sinkunas T, Tsvetkova K, Matlashov M, Truncaite L, Morgan RD, Ivanov NV, Siksnys V, Zeng L, Severinov K. BREX system of Escherichia coli distinguishes self from non-self by methylation of a specific DNA site. Nucleic Acids Res. 2019 Jan 10;47(1):253-265. doi: 10.1093/nar/gky1125. PMID: 30418590

Tamulaitiene G, Manakova E, Jovaisaite V, Tamulaitis G, Grazulis S, Bochtler M, Siksnys V. Unique mechanism of target recognition by PfoI restriction endonuclease of the CCGG-family. Nucleic Acids Res. 2019 Jan 25;47(2):997-1010. doi: 10.1093/nar/gky1137. PMID: 30445642

Slyvka, A., Zagorskaitė, E., Czapinska, H., Sasnauskas, G., & Bochtler, M. (2019). Crystal structure of the EcoKMcrA N-terminal domain (NEco): recognition of modified cytosine bases without flipping. Nucleic Acids Res. 2019 Dec 16;47(22):11943-11955. doi: 10.1093/nar/gkz1017. PMID: 31724709

Karvelis T, Young JK, Siksnys V. A pipeline for characterization of novel Cas9 orthologs. Methods Enzymol. 2019;616:219-240. doi: 10.1016/bs.mie.2018.10.021. Epub 2018 Dec 27. PMID: 30691644

Mogila I, Kazlauskiene M, Valinskyte S, Tamulaitiene G, Tamulaitis G, Siksnys V. Genetic Dissection of the Type III-A CRISPR-Cas System Csm Complex Reveals Roles of Individual Subunits. Cell Rep. 2019 Mar 5;26(10):2753-2765.e4. doi: 10.1016/j.celrep.2019.02.029. PMID: 30840895

Tutkus M., Rakickas T., Kopustas A., Ivanovaite S.N., Venckus O., Navikas V., Zaremba M., Manakova E. & Valiokas R.N. Fixed DNA Molecule Arrays for High-Throughput Single DNA-Protein Interaction Studies. Langmuir. 2019 Apr 30;35(17):5921-5930. doi: 10.1021/acs.langmuir.8b03424. Epub 2019 Apr 18. PMID: 30955328

Young J, Zastrow-Hayes G, Deschamps S, Svitashev S, Zaremba M, Acharya A, Paulraj S, Peterson-Burch B, Schwartz C, Djukanovic V, Lenderts B, Feigenbutz L, Wang L, Alarcon C, Siksnys V, May G, Chilcoat ND, Kumar S. CRISPR-Cas9 Editing in Maize: Systematic Evaluation of Off-target Activity and Its Relevance in Crop Improvement. Sci Rep. 2019 Apr 30;9(1):6729. doi: 10.1038/s41598-019-43141-6. PMID: 31040331

Wilkinson M, Drabavicius G, Silanskas A, Gasiunas G, Siksnys V, Wigley DB. Structure of the DNA-Bound Spacer Capture Complex of a Type II CRISPR-Cas System. Mol Cell. 2019 Jul 11;75(1):90-101.e5. doi: 10.1016/j.molcel.2019.04.020. Epub 2019 May 9. PMID: 31080012

Songailiene I, Rutkauskas M, Sinkunas T, Manakova E, Wittig S, Schmidt C, Siksnys V, Seidel R.

Decision-Making in Cascade Complexes Harboring crRNAs of Altered Length. Cell Rep. 2019 Sep 17;28(12):3157-3166.e4. doi: 10.1016/j.celrep.2019.08.033. PMID: 31533038

Zaksauskas A, Capkauskaitė E, Jezepcikas L, Linkuviene V, Paketuryte V, Smirnov A, Leitans J, Kazaks A, Dvinskis E, Manakova E, Grazulis S, Tars K, Matulis D. Halogenated and di-substituted benzenesulfonamides as selective inhibitors of carbonic anhydrase isoforms. Eur J Med Chem. 2020 Jan 1;185:111825. doi: 10.1016/j.ejmech.2019.111825. Epub 2019 Oct 31. PMID: 31740053

2018 m. 

Toliusis P, Tamulaitiene G, Grigaitis R, Tuminauskaite D, Silanskas A, Manakova E, Venclovas C, Szczelkun MD, Siksnys V, Zaremba M. The H-subunit of the restriction endonuclease CglI contains a prototype DEAD-Z1 helicase-like motor. Nucleic Acids Res. 2018 Mar 16;46(5):2560-2572. doi: 10.1093/nar/gky107. PMID: 29471489

Sasnauskas G, Kauneckaite K, Siksnys V. Structural basis of DNA target recognition by the B3 domain of Arabidopsis epigenome reader VAL1.  Nucleic Acids Res. 2018 May 4;46(8):4316-4324. doi: 10.1093/nar/gky256. PMID: 29660015

Drabavicius G, Sinkunas T, Silanskas A, Gasiunas G, Venclovas Č, Siksnys V. DnaQ exonuclease-like domain of Cas2 promotes spacer integration in a type I-E CRISPR-Cas system. EMBO Rep. 2018 Jul;19(7). pii: e45543. doi: 10.15252/embr.201745543. Epub 2018 Jun 11. PMID: 29891635

Czapinska H, Kowalska M, Zagorskaite E, Manakova E, Slyvka A, Xu SY, Siksnys V, Sasnauskas G, Bochtler M. Activity and structure of EcoKMcrA. Nucleic Acids Res. 2018 Oct 12;46(18):9829-9841. doi: 10.1093/nar/gky731. PMID: 30107581

Sasnauskas G, Manakova E, Lapėnas K, Kauneckaitė K, Siksnys V. DNA recognition by Arabidopsis transcription factors ABI3 and NGA1. FEBS J. 2018 Nov;285(21):4041-4059. doi: 10.1111/febs.14649. Epub 2018 Sep 21.

PMID: 30183137

Gordeeva J, Morozova N, Sierro N, Isaev A, Sinkunas T, Tsvetkova K, Matlashov M, Truncaite L, Morgan RD, Ivanov NV, Siksnys V, Zeng L, Severinov K. BREX system of Escherichia coli distinguishes self from non-self by methylation of a specific DNA site.  Nucleic Acids Res. 2018 Nov 12. doi: 10.1093/nar/gky1125.

PMID: 30418590

Tamulaitiene G, Manakova E, Jovaisaite V, Tamulaitis G, Grazulis S, Bochtler M, Siksnys V. Unique mechanism of target recognition by PfoI restriction endonuclease of the CCGG-family. Nucleic Acids Res. 2018 Nov 16. doi: 10.1093/nar/gky1137. PMID: 30445642

2017 m.  

Sasnauskas G, Tamulaitiene G, Tamulaitis G, Calyševa J, Laime M, Rimšeliene R, Lubys A, Siksnys V. UbaLAI is a monomeric Type IIE restriction enzyme. Nucleic Acids Res. 2017 Sep 19;45(16):9583-9594. doi: 10.1093/nar/gkx634. PMID: 28934493

Toliusis P, Zaremba M, Silanskas A, Szczelkun MD, Siksnys V. CgII cleaves DNA using a mechanism distinct from other ATP-dependent restriction endonucleases. Nucleic Acids Res. 2017 Aug 21;45(14):8435-8447. doi: 10.1093/nar/gkx580. PMID: 28854738

Kazlauskiene M, Kostiuk G, Venclovas Č, Tamulaitis G, Siksnys V. A cyclic oligonucleotide signaling pathway in type III CRISPR-Cas systems. Science. 2017 Aug 11;357(6351):605-609. doi: 10.1126/science.aao0100. Epub 2017 Jun 29. PMID: 28663439

Karvelis T, Gasiunas G, Siksnys V. Harnessing the natural diversity and in vitro evolution of Cas9 to expand the genome editing toolbox. Curr Opin Microbiol. 2017 Jun;37:88-94. doi: 10.1016/j.mib.2017.05.009. Epub 2017 Jun 20. Review. PMID: 28645099

Kostiuk G, Dikic J, Schwarz FW, Sasnauskas G, Seidel R, Siksnys V. The dynamics of the monomeric restriction endonuclease BcnI during its interaction with DNA. Nucleic Acids Res. 2017 Jun 2;45(10):5968-5979. doi: 10.1093/nar/gkx294. PMID: 28453854

Karvelis T, Gasiunas G, Siksnys V. Methods for decoding Cas9 protospacer adjacent motif (PAM) sequences: A brief overview. Methods. 2017 May 15;121-122:3-8. doi: 10.1016/j.ymeth.2017.03.006. Epub 2017 Mar 24. Review. PMID: 28344037

Tamulaitiene G, Jovaisaite V, Tamulaitis G, Songailiene I, Manakova E, Zaremba M, Grazulis S, Xu SY, Siksnys V. Restriction endonuclease AgeI is a monomer which dimerizes to cleave DNA. Nucleic Acids Res. 2017 Apr 7;45(6):3547-3558. doi: 10.1093/nar/gkw1310. PMID: 28039325

Tamulaitis G, Venclovas Č, Siksnys V. Type III CRISPR-Cas Immunity: Major Differences Brushed Aside.

Trends Microbiol. 2017 Jan;25(1):49-61. doi: 10.1016/j.tim.2016.09.012. Epub 2016 Oct 20. Review. PMID: 27773522

Tutkus M, Sasnauskas G, Rutkauskas D. Probing the dynamics of restriction endonuclease NgoMIV-DNA interaction by single-molecule FRET. Biopolymers. 2017 Dec;107(12). doi: 10.1002/bip.23075. Epub 2017 Oct 27. PMID: 29076526

Tutkus M, Marciulionis T, Sasnauskas G, Rutkauskas D. DNA-Endonuclease Complex Dynamics by Simultaneous FRET and Fluorophore Intensity in Evanescent Field.

Biophys J. 2017 Mar 14;112(5):850-858. doi: 10.1016/j.bpj.2017.01.017. PMID: 28297644

Mickevičiūtė A, Timm DD, Gedgaudas M, Linkuvienė V, Chen Z, Waheed A, Michailovienė V, Zubrienė A, Smirnov A, Čapkauskaitė E, Baranauskienė L, Jachno J, Revuckienė J, Manakova E, Gražulis S, Matulienė J, Di Cera E, Sly WS, Matulis D. Intrinsic thermodynamics of high affinity inhibitor binding to recombinant human carbonic anhydrase IV. Eur Biophys J. 2017 Oct 3. doi: 10.1007/s00249-017-1256-0. [Epub ahead of print]. PMID: 28975383

Zubrienė A, Smirnov A, Dudutienė V, Timm DD, Matulienė J, Michailovienė V, Zakšauskas A, Manakova E, Gražulis S, Matulis D. Intrinsic Thermodynamics and Structures of 2,4- and 3,4-Substituted Fluorinated Benzenesulfonamides Binding to Carbonic Anhydrases. ChemMedChem. 2017 Jan 20;12(2):161-176. doi: 10.1002/cmdc.201600509. Epub 2016 Dec 21. PMID: 28001003

Long F, Nicholls RA, Emsley P, Gražulis S, Merkys A, Vaitkus A, Murshudov GN. AceDRG: a stereochemical description generator for ligands. Acta Crystallogr D Struct Biol. 2017 Feb 1;73(Pt 2):112-122. doi: 10.1107/S2059798317000067. Epub 2017 Feb 1. PMID: 28177307

Long F, Nicholls RA, Emsley P, Gražulis S, Merkys A, Vaitkus A, Murshudov GN. Validation and extraction of molecular-geometry information from small-molecule databases. Acta Crystallogr D Struct Biol. 2017 Feb 1;73(Pt 2):103-111. doi: 10.1107/S2059798317000079. Epub 2017 Feb 1. PMID: 28177306

Merkys A, Mounet N, Cepellotti A, Marzari N, Gražulis S, Pizzi G., J Cheminform. A posteriori metadata from automated provenance tracking: integration of AiiDA and TCOD. 2017 Nov 14;9(1):56. doi: 10.1186/s13321-017-0242-y. PMID: 29138947

Projektai ir bendradarbiavimas

CRISPR/Cas sistemų struktūros ir molekulinių mechanizmų tyrimai

Neseniai atrasta nauja bakterijų apsaugos nuo bakteriofagų ir plasmidžių DNR sistema CRISPR (angl. „Clustered regularly interspaced short palindromic repeats“) veikia panašiai kaip eukariotinių organizmų imuniteto sistema. CRISPR sistemos plačiai paplitusios ir randamos tiek prokariotiniuose organizmuose, tiek archėjose. CRISPR sritį genome sudaro trumpi (21–49 bp ilgio) dalinai palindrominiai DNR pasikartojimai (gali būti nuo 2 iki 250 pasikartojimų). Tarp pasikartojančių DNR sekų yra įsiterpusios unikalios DNR sekos – skirtukai (angl. spacers), kurie būna 20–58 bp ilgio. Šalia CRISPR srities, genome yra išsidėstę Cas (CRISPR-associated) genai (nuo 3 iki 10), kurių koduojami baltymai dažnai turi funkcinius domenus, būdingus nukleazėms, helikazėms, polimerazėms ir kitiems su nukleorūgštimis sąveikaujantiems baltymams. 

CRISPR/Cas sistema suteikia šeimininko ląstelei atsparumą bakteriofagams ir kitai „svetimai“ nukleorūgščiai. Bakteriofagui ar plazmidei patekus į ląstelę, kai kurios bakterijos sugeba įsistatyti į savo genomą naujus skirtukus, kurie yra identiški bakteriofago ar plazmidės DNR sekoms. Tokios pasikeitusios bakterijos įgyja atsparumą tam fagui ar plazmidei, kurio DNR fragmentus įsistatė į savo genomą. Šio reiškinio molekuliniai mechanizmai kol kas neišaiškinti. Nežinoma, nei kaip atpažįstama „svetima“ bakteriofago ar plazmidės DNR, nei kaip įsistatomas naujas skirtukas, nei kaip jis parenkamas. Būtent šie mechanizmai tiriami mūsų skyriuje.

Restrikcijos endonukleazių struktūros ir veikimo mechanizmų tyrimai

Restrikcijos ir modifikacijos (RM) sistemos yra vienas iš ginklų, kurį bakterijos ląstelė naudoja apsaugai nuo svetimos DNR ir bakteriofagų antpuolio. RM sistemos paprastai susideda iš dviejų fermentų: restrikcijos endonukleazės (REazės) bei metiltransferazės (MTazės). REazė karpo tik „svetimą“ DNR, bet neliečia „savos“, nes greta esanti MTazė pažymi „savo“ DNR įvesdama į REazės taikinį metilo grupę. Šiuo metu  aprašyta per 330 skirtingų specifiškumų REazių iš 4000 bakterijų rūšių. Šie fermentai yra nepakeičiami įrankiai laboratorijoje, nes veikia kaip „molekulinės žirklės“, kurios karpo DNR. Įdomu, kad tą pačią funkciją atliekančios REazės pasižymi didele tiek struktūrų, tiek DNR kirpimo mechanizmų įvairove. Svarbiausi klausimai, į kuriuos norime rasti atsakymą tirdami REazes, yra šie:

Kaip restrikcijos fermentai atpažįsta „savo“ specifines sekas?
Kokie bendri struktūriniai ir molekuliniai mechanizmai sieja restrikcijos fermentus, atpažįstančius giminingas DNR sekas?
Kaip DNR atpažinimas susijęs su katalize?
Ar galima sukurti naujus restrikcijos fermentus, supratus jų sandarą ir veikimo principus?

Atsakymų į šiuos klausimus ieškome pasitelkdami baltymų-DNR kompleksų rentgenostruktūrinę analizę, kryptingą mutagenezę ir biocheminius metodus.

Atvira kristalografijos duomenų bazė

Ši kristalografijos duomenų bazė (angl. Crystallography Open Database, COD) gali būti naudojama kaip priemonė identifikuoti kristalines medžiagas, kaip duomenų šaltinis baltymų molekulių struktūroms patikslinti, kaip mokymo priemonė studentams. Ši duomenų bazė taip pat gali tapti įrankiu, padedančiu iškart nustatyti kasykloje paimto mėginio uolienas, mineralus, naudingąsias iškasenas. Ji tapo bene didžiausiu pasaulyje atviru cheminės kristalografijos resursu, jau sukaupta per 350 tūkst. įrašų.

Duomenų bazės svetainė atvirai prieinama internete ir leidžia ieškoti duomenų pagal pagrindinius kristalografinius ir cheminius parametrus (paieškos svetainę sukūrė Armelis Le Bailas ir Michaelis Berndtas), peržiūrėti surastas struktūras tiesiog naršyklėje arba nusikelti jas į vietinį kompiuterį tolimesnei analizei. Be to, registruoti naudotojai gali įkelti į duomenų bazę naujas struktūras, tiek jau publikuotas mokslo spaudoje, tiek ruošiamas publikacijai ar pateikiamas kaip asmeniniai pranešimai COD. Įkėlimui naudojama programinė įranga, sukurta profesoriaus Sauliaus Gražulio, Justo Butkaus ir Andriaus Merkio. Įkėlimo svetainės programos griežtai patikrina įkeliamų duomenų sintaksę ir semantiką, taip užtikrindamos aukštą į COD patenkančių įrašų kokybę.

Darbuotojai

Skyriaus vedėjas prof. Virginijus Šikšnys
Tel. nr. 852234354
El. p. 

Mokslo darbuotojai

Laborantai