Лаборатория биофизики макромолекул

Заведующий лабораторией

Исаев-Иванов Владимир Васильевич, кандидат физико-математических наук
Isaev-Ivanov_VV@pnpi.nrcki.ru

Основные направления деятельности

Использование синхротронного излучения, нейтронного рассеяния и компьютерного моделирования для структурно-динамических исследований биологических макромолекул.

• Создание новых подходов в области молекулярного моделирования и молекулярной динамики.
• Разработка методов комбинированного использования молекулярной динамики, рассеяния нейтронов и синхротронного излучения для анализа структуры и динамики биологических макромолекул.
• Исследование структуры и динамики молекулярных комплексов в системах рекомбинации, трансляции, транскрипции и хранения генетического материала
• Исследование кинетики конформационных изменений нуклеопротеидных комплексов с использованием кинетических методов, а также времяразрешенного малоуглового рассеяния рентгеновского излучения.
• Определение физических принципов самоорганизации хроматина в ядре клетки.

Развитие и применение методов рационального дизайна в разработке фармпрепаратов и ферментов.

• Разработка пептидных моделей для исследования механизмов белок-белковых взаимодействий и белковой самоорганизации в амилоидоподобных системах.
• Разработка антимикробных и противовирусных пептидных и низкомолекулярных препаратов
• Повышение термостабильности глобулярных белков с помощью комбинации методов направленной эволюции и молекулярного моделирования.
• Механизмы действия биологически активных полимерных молекул на модельных системах.

Основные задачи

•  Изучение конформационной подвижности комплексов белков RecA и их кофакторов
•  Изучение структуры и динамики нуклеопротеиновых комплексов вируса гриппа
•  Исследование частично собранных нуклеосомных структур
•  Исследование индукции конформационных переходов модельных пептидов
•  Исследование структуры белка глюкоамилазы из Asp. Awamori
•  Поиск новых путей активации транскрипции латентного провируса
•  Исследование структурно функциональных проявлений фрактальной организации хроматина ядер эукариот
•  Исследование нелинейных свойств и магнитно-электронного фазового разделения сложных магнетиков.
•  Исследование магнитных наночастиц и композитов и их возможных медицинских приложений.
•  Разработка математического обеспечения для обработки экспериментальных данных и  анализа траекторий молекулярной динамики, в том числе в среде GROMACS.

Основные результаты

• Обнаружено низкомолекулярное вещество (триазавирин), способное приводить к диссоциации амилоидоподобных фибрилл модельного пептида, содержащего ионный самокомплементарный мотив первичной структуры. Действие триазавирина охарактеризовано при помощи электронной микроскопии, малоуглового нейтронного рассеяния и флуориметрии. При помощи компьютерного моделирования создана гипотеза о механизме действия триазавирина на фибриллы модельного пептида.

Результаты работы опубликованы:
1. V. V. Egorov, Y. A. Zabrodskaya, D. V. Lebedev, A. N. Gorshkov, and A. I. Kuklin, “Structural features of the ionic self-complementary amyloidogenic peptide,” J. Phys. Conf. Ser., vol. 848, no. 1, 2017;
2. Shvetsov AV, Zabrodskaya YA, Nekrasov PA, Egorov VV. Triazavirine supramolecular complexes as modifiers of the peptide oligomeric structure. J Biomol Struct Dyn. 2017 Aug 22:1-15. doi: 10.1080/07391102.2017.1367329.

• Методами малоуглового и ультрамалоуглового рассеяния нейтронов (МУРН и УМУРН) получена зависимость эффекта полиэтиленгликоля от его молекулярного веса и концентрации на хроматин клеток линии глиомы крысы C6. Показано, что отличие от ПЭГ с более высокой степенью полимеризации, ПЭГ 2000 практически не влияет на фрактальные характеристики структуры хроматина на больших размерах, при этом влияние этого агента на структуру хроматина на нуклеосомном уровне наблюдается уже при концентрации 10% и достигает насыщения при концентрации около 20% по весу.
• Проведено исследование структуры и конформационной подвижности комплекса CDK9 / циклин T1/Tat в различных состояниях фосфорилирования аминокислотных остатков Ser-16 и Ser-46 белка TAT и остатка Thr-186 белка CDK9.
• Получены мезопористые кремниевые наночастицы с внедренными в поры наночастицами металлического Fe(0) в однодоменном состоянии. Показана возможность использования мезопористых кремниевых наночастиц МСМ-41 в качестве капсул для доставки магнитных наночастиц (МНЧ) в С6 глиому лабораторных крыс.
• Впервые в мире созданы динамические атомарные модели трёх ключевых частично собранных нуклеосомных состояний: гексасомы, тетрасомы и дисомы. Модели использованы для анализа экспериментальных данных, полученных методами атомно-силовой микроскопии, резонансного переноса энергии флюоресценции и малоуглового рентгеновского рассеяния. Анализируя длины защищённых фрагментов ДНК заключили, что в активно транскрибируемом хроматине присутствует значительное количество частично собранных нуклеосомных состояний.
  Rychkov et al. Biophysical journal 2017; 112(3):460-472.
• Было показано, что пептид – фрагмент (6-13) субъединицы PB1 полимеразного комплекса может взаимодействовать с N-концевым участком субъединицы PB1 (V. V. Egorov et al., 2013 Int. J. Pept. 370832), критичным для сборки полимеразного комплекса. С использованием пептидной модели такого взаимодействия, методами МУРН, ВР-МУРР, ППР, термофореза, конфокальной микроскопии и проточной цитофлуориметрии были установлены параметры взаимодействия пептида и субъединицы PB1, а предложен механизм действия, в котором обратимое связывание мономерной формы пептида с N-концевым участком субъединицы PB1 приводит к потере им альфа-спиральной конформации способной к связыванию субъединицы PA (Ya. A. Zabrodskaya et al., 2018 Byophys. Chem. 234, 16-23).
• Впервые построена полноатомная структура комплекса белка RecX с онДНК, которая подтверждена измерениями и анализом спектров МУРН, в которых показано, что в растворе комплекс RecX с онДНК образует структуру типа «сэндвич». Shvetsov A.V. et al. FEBS Lett.- 2014. — Vol. 588. — P. 948-955.
• Основываясь на структуре белкового комплекса RecX с пресинаптическим филаментом RecA2, разработан и оптимизирован короткий первый в своем классе α-спиральный пептид, который ингибирует активность белка RecA in vitro и блокирует бактериальный SOS-ответ in vivo. Поскольку SOS-ответ является основным механизмом адаптации бактерий к антибиотикам, эти результаты открывают новые пути развития антибиотиковой терапии, которые не вызывают бактериальной резистентности. Yakimov, A. et al. NAR — 2017.