Известный цитогенетик Наталия Алексеевна Ляпунова проработала в Медико-генетическом научном центре имени академика Н.П. Бочкова многие годы. Ученый посвятила свою жизнь изучению количества рибосомных генов в геноме человека.
Наталия Алексеевна – автор концепции репликонной организации хромосом теплокровных животных, связавшей характеристики репликонов со структурой и функцией фракций хроматина в хромосомах.
Из семьи потомственных ученых
Наталия Алексеевна Ляпунова родилась 7 июля 1937 года в Москве в семье потомственных ученых. Вот как писала об этом она сама в сборнике «МГНЦ: Живая нить истории медицинской генетики. Сборник воспоминаний. Под редакцией члена-корреспондента РАН С.И. Куцева. 2019 год»: «С XVII века в семье Ляпуновых было много ученых: математиков, астрономов, химиков. Мой отец, академик Алексей Андреевич Ляпунов – один из самых ярких русских математиков. Папа был удивительным человеком, отличался широтой интересов. Его страсть к науке, приверженность гуманизму во многом были сформированы в среде, в которой он был воспитан. Род Ляпуновых, берущий начало от Константина Галицкого, брата Александра Невского, тесно связан родственными и дружескими узами со многими представителями русской интеллигенции. В нашем доме часто бывали интересные гости: академики Петр Петрович Лазарев, Владимир Иванович Вернадский, художники Валентин Александрович Серов, Игорь Эммануилович Грабарь и многие другие выдающиеся люди».
В такой живой и интеллигентной атмосфере жили и воспитывались сестры Елена и Наталия Ляпуновы.
Когда началась Великая Отечественная война Алексей Андреевич пошел на фронт добровольцем, хотя был освобожден от мобилизации. Ученого много раз пытались отозвать в тыл, но он вернулся в Москву только в конце 1944 года. Тогда уже понимали, что окончание войны близко. Незадолго до этого, в 1943 году, вернулись домой из эвакуации в Казахстане его жена и дочери.
В 1944 году Н. А. Ляпунова пошла в первый класс средней школы № 653, которая располагалась на Шаболовке. Уже в школе у нее появился особый интерес к биологии. Этот предмет школьникам очень увлекательно преподавала Людмила Яковлевна Рабинова. «В нашем классе росли кусты картофеля, на которых зрели помидоры и цвела петунья. Мы экспериментировали даже с кактусами, собирали семена для мичуринских садов, создавали коллекции, которые даже выставляли на ВДНХ», – вспоминала Наталия Алексеевна.
В 1954 году Н.А. Ляпунова окончила школу с медалью и сразу поступила на биологический факультет Московского государственного университета.
Через пять лет, в 1959-м, успешно окончила именитый вуз.
Рабочие связи с генетиками
После университета Наталия Алексеевна с 1960 по 1968 годы преподавала биологию на физическом факультете кафедры биофизики МГУ. Затем до 1973 года работала аспирантом в лаборатории у А.А. Прокофьевой-Бельговской в Институте молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта АН СССР.
«У Александры Алексеевны Прокофьевой-Бельговской была лаборатория в Институте молекулярной биологии им. Энгельгардта. Уже тогда она понимала, что медицине совершенно необходимо иметь «своих» – медиков по образованию, которые бы хорошо знали, что такое хромосомы человека. Надо было готовить кадры. А.А. Прокофьева-Бельговская стала приглашать на обучение и стажировку молодых специалистов. В течение многих лет у нее постоянно стажировались 2-3 человека – учились анализировать хромосомы. После обучения эти люди разъезжались по своим городам и областям и начинали там «разводить генетическую кухню», – рассказала Наталия Алексеевна.
Работа у Александры Алексеевны Прокофьевой-Бельговской – это один из первых шагов, который в конце концов привел молодого ученого к генетике. Сделать такой выбор помогло и общение родителей с генетиками. «Папа общался с генетиками еще до войны. В 1930-х годах, в самый разгар дискуссий с Т.Д. Лысенко, папа познакомился и сдружился со всей Школой Николая Константиновича Кольцова. Его связи с генетиками были глубокими, рабочими», – написала Наталия Алексеевна в сборнике воспоминаний.
Также она рассказала, что в 50-е годы XX века в Миассове состоялось знакомство родителей с Николаем Владимировичем Тимофеевым-Ресовским: «Потом Н.В. Тимофеев-Ресовский приехал в Москву и выступил с докладом у нас дома. Это был первый публичный доклад Николая Владимировича после возвращения в Россию на тему: «Биофизический анализ молекулярного размера гена».
В сентябре 1973 года Н.А. Ляпунова пришла на работу в Институт медицинской генетики АМН СССР, ныне Медико-генетический научный центр имени академика Н.П. Бочкова. В этом же году защитила кандидатскую диссертацию по теме: «Количественное цитохимическое исследование гистонов в сперматогенезе сверчка».
«Жизнь в институте была насыщенной, проводились замечательные конференции, семинары. К нам приезжали иностранные коллеги, наши сотрудники посещали зарубежные научные учреждения, шел активный обмен опытом и знаниями», – вспоминала Наталия Алексеевна.
Молодой специалист занималась изучением репликации ДНК в геноме человека, исследовала размеры репликонов, порядок их репликации, скорость движения репликативной вилки. Это стало предметом докторской диссертации по теме: «Организация репликации генома теплокровных животных и человека», которую Н. А. Ляпунова защитила в 1990 году.
Весь трудовой путь – в одной лаборатории
Всю свою трудовую жизнь в институте Наталия Алексеевна проработала в одной лаборатории, которая сначала называлась «Лаборатория общей цитогенетики», с 2013 года – «Лаборатория цитогенетики». За более чем 40 лет, с 1973 до 2011 год, ученый прошла путь от младшего научного сотрудника до руководителя Лаборатории общей цитогенетики. С 2011 года и до завершения работы в МГНЦ в 2019 году – главный научный сотрудник лаборатории.
Лабораторию общей цитогенетики организовал в 1969 году одновременно с созданием Института медицинской генетики АМН СССР, член-корреспондент АМН СССР Александр Федорович Захаров. Он, как руководитель и задал основное направление научных исследований – изучение структурно-функциональной организации хромосом человека и животных. Работы сотрудников лаборатории внесли большой вклад в изучение продольной дифференцированности хромосом в связи с генетическим содержанием и особенностями репликации их участков.
Получены принципиально новые данные о размерах репликонов и скорости движения вилки репликации в молекулах ДНК разных фракций хроматина и на этой основе предложена модель репликации хромосом человека и теплокровных животных. Большое внимание уделялось изучению полиморфизма гетерохроматических районов хромосом.
В 1986 году, когда первый руководитель лаборатории А.Ф. Захаров ушел из жизни, исполнять его обязанности стала Н. А. Ляпунова.
«Я уже работала над докторской диссертацией, и Николай Павлович Бочков (директор Института медицинской генетики АМН СССР) сказал, что за два года я должна ее защитить и стать постоянным заведующим лабораторией. И я выполнила его требование», – вспоминала Наталия Алексеевна.
С конца 80-х годов научно-исследовательская работа сотрудников была сосредоточена на изучении структурно-функциональной организации ядрышко-образующих районов хромосом человека. А в середины 90-х годов развернуты обширные исследования молекулярных свойств рибосомных генов генома человека.
Ученые под руководством Н.А. Ляпуновой разработали оригинальные методы определения копийности рибосомных повторов и характера их метилирования в индивидуальных геномах человека.
Выявлены четыре фракции рибосомных генов: активные, потенциально активные, неактивные в соматических тканях организма и «молчащие», как правило, интенсивно метилированнные в транскрибируемой области рДНК. Полученные данные свидетельствуют о том, что геномная доза активных рибосомных генов вносит существенный вклад в генетическую индивидуальность человека. Эта научная информация необходима понимания гетерогенности патогенеза и выработки индивидуального подхода к лечению пациентов при самых разных заболеваниях.
Сотрудники лаборатории создали компьютерную базу «Количество активных рибосомных генов (АкРГ) в индивидуальных геномах человека», куда вошли данные, полученные более чем за 20 лет – с 1988 по 2009 годы. Это сведения о дозе АкРГ в геномах более тысячи человек разного пола и возраста. База включает выборки, как практически здоровых доноров, так и людей с различными формами наследственных заболеваний.
Дело жизни
Знание количества рибосомных генов важно с точки зрения прогнозирования состояния здоровья, считала Наталия Алексеевна. Она называла изучение количества рибосомных генов в геноме человека делом своей жизни.
В лаборатории проводились различные исследования по этой тематике. В ходе работы ученые получили интересные данные о фенотипическом проявлении количества рибосомных генов в геноме.
К примеру, у людей с шизофренией в среднем число рибосомных генов больше, чем у здоровых, у аутистов – значительно меньше. Течение таких заболеваний, как атипический дерматит, ревматоидный артрит, гнойные воспалительные процессы, связано с количеством рибосомных генов в геноме.
«Мы изучили показатели у более чем 2000 человек и установили, что количество рибосомных генов варьируется в пределах 250-700 на диплоидную клетку. От этого показателя зависит и быстрота реакции, и активность человека (речевая, мыслительная, двигательная)», – поделилась своими наблюдениями ученый.
Также исследователи обнаружили, что у людей, которые доживают до 72-91 года, в среднем 270-540 копий рибосомных генов в геноме.
Кроме того, ученые в рамках проекта «Марс-500» обследовали 40 человек, из которых отбирали кандидатов для работы в космосе, в невесомости. В процессе отбора из этого количества осталось только 5-6 кандидатов. Все они оказались в адаптивной (средней) части по количеству рибосомных генов.
Н.А. Ляпунова доказала, что рибосомные гены – полиморфны, у нее много различных гипотез, что от активности рибосомных генов зависит активность человека, рассказала биолог лаборатории цитогенетики молекулярной, к.б.н. Ирина Мандрон. Ирина Александровна долгое время работала с Н.А. Ляпуновой и под ее руководством защитила кандидатскую диссертацию.
«Я пришла в лабораторию в 1989 году, когда Наталия Алексеевна уже была руководителем. Она всегда понимала своих сотрудников, была очень демократична, помогала развиваться в профессии. И сама человек очень интересный, всесторонне развитый, творческий – написала много научных работ и книг, с удовольствием рисовала, выезжая на природу или путешествуя где-нибудь, могла взять кисточку и рисовать, если ей нравится пейзаж», – вспоминает Ирина Александровна.
С Наталией Алексеевной очень легко работалось, поддержала коллегу и биолог лаборатории цитогенетики молекулярной Надежда Косякова: «Я начала работу в лаборатории в 1994 году. Наталия Алексеевна – легкий в общении человек и при этом грамотный руководитель. У нас всегда была грамотно организованная работа. Каждый из сотрудников четко знал, что он должен сделать на своем участке. И надо сказать, что Наталия Алексеевна – очень интересный человек, она из поколения, когда люди жили научными идеями. Такой она и остается», – отметила Надежда Викторовна.
Также коллеги рассказали, что в лаборатории всегда было много молодежи, студентов. Ведь Наталия Алексеевна – не только знающий специалист, профессионал, она всегда активно делилась своими знаниями со студентами, аспирантами, молодыми коллегами. Поэтому у нее все время было много учеников, последователей, аспирантов.
«От времени работы с Наталией Алексеевной у меня остались самые приятные впечатления, Наталия Алексеевна – демократичный, очень интеллигентный, умный, знающий человек», – рассказала заведующая лабораторией цитогенетики, д.м.н., доцент Надежда Шилова.
В Институт медицинской генетики АМН СССР Надежда Владимировна пришла в августе 1986 года после окончания медицинского института, так как увлекалась генетикой еще со школьных лет, и начала работать в лаборатории общей цитогенетики, которую возглавляла тогда Н.А. Ляпунова.
В 1986 году в лаборатории начала работу группа молодых ученых, которую возглавил только что защитивший кандидатскую диссертацию Игорь Владимирович Гарькавцев. Сотрудники этой группы занимались перспективным в то время научным направлением – клонированием повторяющихся последовательностей ДНК. Именно в этой группе и начала работать Н.В. Шилова.
«Игорь Владимирович Гарькавцев был полон сил и надежд на то, чтобы получить ДНК-зонды на центромерные районы хромосомы 14 и 22. Это было новое направление, мы занимались гибридизацией in situ. В качестве зондов использовали ДНК, меченую изотопами. Мы были энтузиасты, хорошо, дружно и очень много работали. Наталия Алексеевна эту группу курировала, причем, очень разумно – она дала очень большую самостоятельность Игорю Гарькавцеву, и как руководитель всегда поддерживала молодых коллег», – поделилась воспоминаниями Надежда Владимировна.
По ее мнению, рибосомные гены –направление в генетике очень важное для понимания жизнедеятельности и адаптивных возможностей человека и исследования Н.А. Ляпуновой имели определенную практическую значимость.
С этим согласна и главный научный сотрудник лаборатории молекулярной биологии Отдела молекулярных механизмов наследственных нарушений метаболизма, д.б.н., доцент Наталия Вейко.
«Наталия Алексеевна была очень увлечена научной работой и умела заинтересовать других людей научной тематикой своей лаборатории – рибосомными генами человека. Именно поэтому в 1995 году мне захотелось с ней сотрудничать. Наша совместная работа оказалась успешной и очень приятной в эмоциональном отношении. С Наталией Алексеевной было очень интересно общаться: живой ум, искренняя заинтересованность в научном поиске, расположенность к собеседнику», – рассказала Наталия Николаевна.
Ученый выделила четыре основных направления исследований, по которым удалось получить принципиально новые научные данные. Это исследования комплекса рибосомных генов у больных шизофренией, у больных ревматоидным артритом, рибосомные гены и старение, а также вариация числа копий рДНК, как адаптивный ответ генома на генетическую патологию, которая может повлиять на эмбриональное развитие.
В результате была сформулирована общая гипотеза о роли рибосомных генов в патологии. Если геном зародышевой клетки содержит генетическую патологию, которая потенциально может привести к блокировке эмбриогенеза, то шанс на выживание имеют геномы с большим количеством копий рДНК, которое сможет обеспечить высокий уровень биогенеза рибосом для ответа на хронический стресс, индуцируемый этой патологией. Геномы с низким количеством копий рДНК имеют меньше шансов для реализации эмбриогенеза и постнатального развития. Иными словами – большое число копий рДНК в геноме – это маркер какой -либо генетической патологии, вызывающей в организме хронический стресс.
«Мы много обсуждали с Наталией Алексеевной вопросы фенотипического проявления геномной дозы активных копий рДНК и общего числа копий в геноме. Анализировали полученные данные о влиянии числа копий рДНК на патологию и старение. В лаборатории Общей цитогенетики были выполнены работы по наследованию активных копий многокопийного рибосомного повтора. Далее в работах лаборатории Молекулярной биологии мы получаем все больше подтверждений правильности этой гипотезы, с уважением вспоминая Наталию Алексеевну», – отметила Н.Н. Вейко.
Наталия Алексеевна Ляпунова всегда придерживалась мнения, что «будущее нашей науки – в медицинской генетике. Задача генетики – научиться видеть причины заболеваний, отклонений, патологий, лечить их». Сложно не согласиться с этим суждением. Сегодня медицинская генетика развивается очень быстрыми темпами. Специалисты Медико-генетического научного центра имени академика Н.П. Бочкова делают все возможное, чтобы этот процесс был как можно более эффективным для спасения жизни и здоровья пациентов.