Лаборатория биополимеров

Состав лаборатории:

История

Лаборатория биополимеров существует с 1956 года, когда она получила этот статус в составе Института высокомолекулярных соединений АН СССР. До этого в ИВС была возглавляемая Семеном Ефимовичем Бреслером небольшая группа сотрудников (в которую входили, в частности, С.Я.Френкель и М.В.Гликина), пришедшая с ним из Физтеха.

Первоначально лаборатория называлась лабораторией физической химии полимеров. Наряду с исследованиями свободных радикалов при деструкции полимеров методом ЭПР, в ней уже велись работы с белками (молекулярно-массовые распределения, ферментативный гидролиз, ресинтез под давлением). С 1960 года, в связи с глубоким интересом С.Е.Бреслера к зарождавшейся тогда молекулярной биологии, лаборатория полностью перешла на работу в этой области и получила название "лаборатория биополимеров". В 1970 году решением Президиума АН СССР лаборатория была переведена из ИВС в ФТИ им. А.Ф.Иоффе, а с 1971 г. входит в состав ПИЯФ РАН (тогда ЛИЯФ АН СССР).

В лаборатории проводились и по большей части продолжают проводиться фундаментальные исследования в области генетики бактерий, структуры нуклеиновых кислот, структуры и функции мембран и белков. Пионерские работы в области рибосомного синтеза белка (в частности, открытие третьего сайта), начатые и развитые в лаборатории биополимеров, успешно продолжаются сейчас в лаборатории биосинтеза белка ОМРБ. В лаборатории были начаты работы, успешно завершенные В.Н.Фомичевым в ОМРБ, по созданию сверхвысокочувствительного ЭПР-спектрометра.

В лаборатории начинали свой научный путь В.Л.Калинин, С.В.Кириллов, В.М.Крутяков, В.А.Ланцов, Л.М.Фирсов, В.Н.Фомичев, в значительной степени Л.А.Носкин, ставшие впоследствии руководителями научных коллективов ОМРБ и самого ОМРБ. С.Е.Бреслер руководил лабораторией вплоть до своей кончины в июне 1983 года. С 1983 г. по 2001 год лабораторию возглавлял Эмбек Николаевич Казбеков.

Организации, с которыми ведется научное сотрудничество:

• ВНИИГенетика (Москва)
• Институт белка РАН (Пущино)
• Институт физиологии им. И.П.Павлова РАН
• Институт цитологии РАН
• Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М.Сеченова РАН
• СПбГТУ, физический факультет, кафедра молекулярной биофизики
• Копенгагенский университет, лаборатория белка, Дания
• Университет Гёте, Франкфурт-на-Майне, Германия
• Университет Говарда, Медицинский факультет, Вашингтон, США
• Университет Севильи, Биологический ф-т, Севилья, Испания

Руководство студентами:

В лаборатории в 2009 г. выполнена и защищена:
1 магистерская диссертация (Ю. Абрамова, СПбГТУ)
Защищены в 2009 г.:
2 бакалаврские работы
Выполняют магистерские (2) и бакалаврские (1) работы: 2 студента 5 курса и 1 студент 4 курса СПбГПУ

Участие в учебном процессе (СПбГПУ):
Лекционные курсы - 4 (Захаров, Орлов, Саминский, Тимковский)
Семинары и практические занятия - 4 (Захаров, Орлов, Суржик, Тимковский)

Действующие гранты
2 гранта РФФИ (Захаров, Перумов),
1 грант Президента РФ (Захаров)
1 грант Фонда содействия отечественной науке (Захаров)
1 грант Минобрнауки (Орлов)
ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы, государственный контракт № 02.740.11.5032 (Орлов)

Направления исследований:

• Исследование физико-химических свойств и метаболизма белков мозга
  руководитель - д.б.н., проф. М.И. Мосевицкий
   
• Исследование мембранных белков - транспортёров органических анионов
  руководитель - д.ф.-м.н. Ю.Н. Орлов
   
• Исследование регуляции флавиногенеза у бактерий
  руководитель - д.б.н. Д.А. Перумов
   
• Исследование структуры полирибонуклеотидных дуплексов и создание новых индукторов ИФН
  руководитель - д.ф.-м.н. А.Л. Тимковский

Исследование физико-химических свойств и метаболизма белков мозга

• М.И. Мосевицкий, В.В. Захаров, Е.С. Кропотова, (Ю.К. Абрамова)

  Общее направление:
  Роль синаптических белков и модельных пептидов в различных нормальных и патологических физиологических процессах

  Публикации:

• Mosevitsky M.I., Silicheva I.A. (2009) Intracellular location and probable functions of "brain" proteins BASP1 and MARCKS in kidney and testis. Acta Histochem. 2009 (вывешена на сайте журнала).
• Korshunova I., Mosevitsky M. (2010) Role of the Growth-associated Protein GAP-43 in NCAM-mediated neurite outgrowth. Adv. Exp. Med. Biol., vol. 663, 169-182.

  Направлены в печать:

• Zakharov V.V, Mosevitsky M.I. (2010). Oligomeric structure of brain abundant proteins GAP-43 and BASP1. J. Struct. Biol. Получена положительная рецензия.
• Кутина А.В., Захаров В.В., Шахматова Е.И., Наточин Ю.В. (2010) L-NAME-вызванная интенсивная протеинурия у здоровых крыс. Доклады Академии наук, том 430 (принято к печати).
• Захаров В.В., Абрамова Ю.К., Мосевицкий М.И. К вопросу об активации кальций-зависимого протеолиза в нейронах головного мозга спонтанно гипертензивных крыс SHR. Бюлл. эксп. биол. мед. (направлено в печать).

  Продолжены исследования группы "сигнальных" белков мозга: GAP-43, BASP1, MARCKS

  Поиск возможных функций белка BASP1 в разных органах.

  Необходимо определение локализации белка в определенных компонентах органа, в определенных типах клеток, в определенных субклеточных структурах (органеллах).

  Методом гистоиммунохимии показано, что в почке BASP1 сосредоточен в гломерулах (клубочках нефронов). В семенниках BASP1 сосредоточен, в основном, в сперматидах и формирующихся из них сперматозоидах. Исследование продолжено с применением электронномикроскопической иммуногистохимии (совместно с группой Я.Ю. Комиссарчика, ИНЦ). Полученные к настоящему времени данные свидетельствуют, что в почке BASP1 присутствует в подоцитах, а в сперматидах - в хроматоидных тельцах, которые осуществляют контроль синтеза белков в ходе сперматогенеза.

  Вывод: BASP1 является жизненно необходимым белком

  В предыдущих исследованиях было показано, что GAP-43 и BASP1 образуют олигомеры в форме тора. Эти олигомеры внешне похожи на олигомеры амилоидных белков.

  В настоящее время принято считать, что главной причиной токсичности амилоидных белков являются ионные каналы, образованные ими в клеточной мембране.

  В совместной работе с группой Л.В. Щагиной (ИНЦ) установлено, что при физиологических условиях среды олигомеры BASP1 также образуют ионные (катионные) каналы в липидном бислое. Дальнейшая цель: подробнее исследовать зависимость образования и функционирования каналов от биохимического состава мембран.

  Однако токсические свойства BASP1 не обнаружены.

  Вывод: Полученные результаты свидетельствуют, что способность олигомеров того или другого белка образовывать каналы отнюдь не является синонимом токсичности. Такой вывод открывает путь дальнейшим исследованиям.

Исследование мембранных белков - транспортеров органических анионов
Ю.Н. Орлов, Е.Н. Ребане (нештат.)

• Проведено экспериментальное исследование системы транспорта желчных кислот в Salmonella enterica.

  Объект исследования - мембранный белок AsmA. Компьютерное моделирование предсказало наличие одного трансмембранного домена.

  Биохимическим анализом показано, что соответствующий ген кодирует белок 70 кДа, локализованный во внешней мембране.

  По-видимому, белок AsmA имеет отношение к регуляции транспорта желчных кислот.

  Сочетание генетического (мутационного) и функционального подходов позволит прояснить роль этого белка в регуляции транспорта и в способности бактерий проникать в клетки эпителия.

  Опубликованы статьи:

• Prieto A.I., Hernández S.B., Cota I., Pucciarelli M.G., Orlov Yu., Ramos-Morales F., García-del Portillo F., Casadesús J. (2009) Roles of the outer membrane protein AsmA of Salmonella enterica in the control of marRAB expression and invasion of epithelia cells. // J. of Bacteriology. V. 191, No. 11. P. 3615-3622.
• Orlov Yu.N., Rebane E.N. (2009). The coupling of Na+/alpha-ketoglutarate symport and PAH/alpha-ketoglutarate antiport in epithelial cells. The estimation of probability of anion exchanger spontaneous re-orientation. // J. Evol. Biochem. Physiology. Comp. Biochem. 2009. V. 45, № 1, pp. 86-90.

  Перспектива:
  Начата и будет продолжена работа по теме: "Масс-спектрометрическая идентификация регуляторных клеточных белков фосфатазы PP1, участвующих в репликации вируса иммунодефицита человека (ВИЧ)" (совместное исследование с университетом Говарда, Вашингтон, США, с группой под руководством С.А. Нехая. Работа поддержана ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы, государственный контракт № 02.740.11.5032

Исследование регуляции флавиногенеза у бактерий
Д.А. Перумов, Д.В. Карелов, Р.А. Кренёва, И.М. Соловьёва

Общее направление:
Исследование механизма регуляторного действия флавинов на экспрессию структурных генов флавиногенеза у Bacillus subtilis

Проводится работа по генетической идентификации обнаруженного ранее дополнительного транскрипционного регулятора

Установлена предварительная локализация транскрипционного гена-регулятора ribU в участке размером 5-6 тыс. пар нуклеотидов между генами serA и ribT.

Задача дальнейшей работы: установить тонкую генетическую структуру гена ribC у Bac. subtili

Исследование структуры полирибонуклеотидных дуплексов и создание новых индукторов ИФН
А.Л. Тимковский, Ю.В. Иванов, М.А. Суржик
 

Общее направление:
Исследование структуры полирибонуклеотидных дуплексов и создание новых индукторов ИФН

В предыдущей работе отобран оптимальный платиновый лиганд и установлена двухстадийность его взаимодействия. В 2009 г. установлено, что быстрая стадия взаимодействия, в отличие от медленной, ингибируется высокими концентрациями аниона перхлората.

Проводится работа по получению модифицированных дуплексов с дозированным воздействием лиганда и по получению стандартных препаратов для биологических испытаний.

Кроме того, М.А.Суржик и А.Е.Шмидт принимают участие в межлабораторном сотрудничестве по выяснению механизмов термоустойчивости белков. Путём точечных аминокислотных замен получен ряд мутантных форм глюкоамилазы, установлена корреляция между положением замены и ее влиянием на термостабильность фермента.
Принята к печати статья: Суржик М.А., Чуркина С.В., Шмидт А.Е., Швецов А.В., Кожина Т.Н., Фирсов Д.Л., Фирсов Л.М., Петухов М.Г. Влияние точечных аминокислотных замен во внутренней альфа-спирали на термостабильность глюкоамилазы из Aspergillus awamori x100 // Прикладная биохимия и микробиология. В печати.