Скачать 127.48 Kb.
|
Информационно-справочные материалы о ходе реализации совместного российско-японского космического эксперимента «Кристаллизатор» с использованием японской аппаратуры JAXA-PCG Космический эксперимент «Кристаллизатор» посвящен выращиванию высококачественных протеиновых кристаллов методом встречной диффузии в капиллярах с применением японской научной аппаратуры «JAXA PCG» на борту японского экспериментального модуля «Кибо». Работы проводятся в рамках Соглашения между Роскосмосом и Японским космическим агентством по аэрокосмическим исследованиям (JAXA) от 12.03.2009 № F001092000081. На данный момент проведено 4 сеанса КЭ «Кристаллизатор». В исследованиях принимают участие специалисты из Института кристаллографии им.А.В.Шубникова РАН, Института биохимии им. А.Н.Баха РАН, Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», Института биоорганической химии им.М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН, Института физико-химической биологии им.А.Н. Белозерского МГУ. В трех сеансах космического эксперимента удалось закристаллизовать 25белков и для 23 белков и их комплексов установлены пространственные структуры с очень высоким разрешением 0,95…3 Å. В Международный банк белковых данных (PDB) положены координаты 6-ти атомных моделей (РDB ID: 3RFF, 3RHS, 3RBA, 3QNV, 3PRT, 3UC5). Для белка алкогольдегидрогеназы 1998 из термофильной археи Thermococcus sibiricus, кристаллы удалось вырастить только в условиях микрогравитации и впервые получить его структуру. Для белка цитохром с нитритредуктазы из гипертермофильной бактерии Thioalkalivibrio paradoxus (рис. 1, 2) в рамках космического эксперимента впервые удалось получить кристаллы без двойникования, что положительным образом сказалось на качестве полученной структуры. Для уридинфосфорилазы из Shewanella oneidensis получены данные с ультравысоким разрешением – 0,95 Å (рис. 3, 4). Ранее, в земных экспериментах были получены кристаллы, дифрагирующие не выше 1.7А. Полученные в космическом эксперименте данные позволяют получить новые знания в части организации тонкой структуры активного центра фермента, т.к. делают возможным определение положений отдельных атомов водорода (Рис. 5), что невозможно при разрешении выше 1А. Это перспективный фермент для создания биокатализаторов биотехнологического синтеза нуклеозидов - потенциальных противовирусных и противораковых лекарств.
Рис. 5 – Электронная плотность в активном центре уридинфосфорилазы при разрешении 0.95Å. Для белка альдегиддегидрогеназы из термофильной археи A.sacharovorans ранее (в наземных экспериментах) были получены наборы с разрешением 2.4А. Данный фермент участвовал в четвертом сеансе эксперимента (JAXA#4). С выращенных в ходе выполнении JAXA#4 кристаллов были сняты наборы до разрешения 1.8А, что является значительным улучшением по сравнению с наземными данными. Большой цикл исследований проведен для таких ферментов и их комплексов с ключевыми лигандами, как фосфопантетеин аденилтрансферазы Mycobacterium tuberculosis (PPAT Mt), карбоксипептидазы Т, тимидинфосфорилазы (рис. 6-11).
Исследования с этими белковыми комплексами были продолжены и во время сеанса JAXA#4 , проводившегося в период 28 экспедиции на МКС с 21 июня по 16 сентября 2011 года. В эксперименте JAXA#4 изучались белки: PPAT Mt; PPAT Mt в комплексе с 4'-фосфопантетеином и в комплексе с 4'-фосфопантетеином и ATP; карбоксипептидаза Т мутант; карбоксипептидаза из Termoactinomyces vulgaris, WT; тимидинфосфорилаза с ингибитором, фруктозо-1,6-бисфосфат альдолаза I E.coli; фруктозо-1,6-бисфосфат альдолаза I в комплексе с неорганической пирофосфотаза E.coli; антитела на фуллерен С60; алкогольдегидрогеназа из T.sibiricus в комплексе с 1.6-гександиолом; никотинамидаза из A.sacharovorans; лакказа из B.aclada; альдегиддегидрогеназа из Pyrobacullum sp.; ДНК-лигаза из F.fontis в комплексе с АТФ и олигонуклеотидами; бета-гликозидаза из A.sacharovorans. Всего для исследований было подготовлено 20 белков и белковых комплексов с лигандами для 51 условия кристаллизации (характеристики данных биообъектов приведены на стр. 7-8, рис. 12-19), 17 из которых удалось закристаллизовать в ходе выполнения космического эксперимента. Было заправлено 90 капилляров для космического эксперимента и 60 – для наземного параллельного контроля. В результате проведения рентгеноструктурного анализа было получено 37 наборов дифракционных данных с разрешением 1,29 – 2,9 Å, пригодных для проведения дальнейшего структурного анализа. Практически для всех исследованных комплексов наборы данных были получены впервые, для ряда белков кристаллы, выращенные в космосе, обладали существенно лучшими характеристиками (например, для нового белка карбоксипептидазы B), а некоторые комплексы кристаллов (например, PPAT Mt c АТФ) удалось вырастить только в космосе. Исследования, связанные с кристаллизацией белков в условиях невесомости с использованием японского кристаллизатора, являются для российских ученых важными и результативными. Прежде всего, необходимо отметить, что благодаря принятой в рамках Соглашения с 2009 г. организации работ по реализации КЭ, существенно повысилась эффективность исследований. Ключевыми моментами здесь являются:
Исследования по кристаллизации белков получили поддержку на государственном уровне. Одним из важных этапов в обеспечении задач, связанных с исследованием белков, является начало работы отдела «Белковая фабрика», организованного в НБИК-Центре Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» и имеющего, в частности, роботизированную систему скрининга условий кристаллизации белков. Это позволит расширить и удешевить исследования по белковой кристаллографии, в том числе на борту МКС. Учитывая высокий научно-технический и организационный потенциал Центра можно надеяться на повышение эффективности как уже ведущихся работ в этой области космических исследований, так и планируемых в ближайшей перспективе. Фотографии кристаллов белков, полученных в ходе выполнения JAXA-PCG#4
Характеристика биообъектов в КЭ JAXA-PCG #4 . Фосфопантетеин аденилилтрансфераза Mycobacterium tuberculosis (РРАТ Mt) участвует в биосинтезе кофермента А (СоА), необходимого для жизнедеятельности микобактерии, которая вызывает заболевание туберкулезом. Поскольку ингибирование действия этого фермента прекращает размножение бактерии, РРАТ Mt является подходящей мишенью для поиска ингибиторов фермента – потенциальных антитуберкулезных лекарств. Полученные в результате кристаллизации и последующего рентгеновского исследования атомные координаты молекулы РРАТ и её комплексов с субстратами и продуктами реакции служат структурной основой для рационального конструирования новых антитуберкулезных лекарств. Карбоксипептидаза Т. Белки семейства карбоксипептидаз находят широкое применение в ряде биотехнологических процессов. Например, свиная карбоксипептидаза В применяется при получении генноинженерного инсулина. Замена свиной карбоксипептидазы на бактериальную могла бы значительно удешевить процесс. Однако бактериальные ферменты гораздо менее специфичны. Конструирование ферментов с измененной субстратной специфичностью является одной из важных задач инженерной энзимологии и требует детального изучения факторов, влияющих на специфичность фермента. Бактериальная карбоксипептидазаТ (КПТ), обладающая широкой специфичностью действия, является удобной моделью для таких исследований. Изучение пространственной структуры нативной КПТ и ряда ее мутантных форм позволит выявить элементы структуры, от которых зависит избирательность действия фермента. Результаты исследования могут быть использованы для приготовления фермента с заданной специфичностью. Тимидинфосфорилаза с ингибиторами (ТФ) успешно применяется для биохимического синтеза ряда лекарственных препаратов противовирусного и противоракового действия Фруктозо-1,6-бисфосфат альдолаза (Fba, E.C. 4.1.2.13) участвует в важнейших метаболических путях, гликолизе и глюконеогенезе. Fba присутствуют во всех известных организмах, от бактерий до высших эукариот. Гомологичный нашему объекту белок, Fba человека, имеет важное медицинское значение. Измерение альдолазной активности в сыворотке крови является стандартной диагностической процедурой в клинической практике, т.к. повышение активности Fba является маркером ряда заболеваний (гепатит, инфаркт миокарда и т.п.). В печени Fba - основной фермент метаболизма фруктозы, недостаток его активности служит причиной тяжелого заболевания (наследственной непереносимости фруктозы). В зависимости от механизма катализа, различают Fba I или II классов. Первые характерны для эукариот и архебактерий, вторые – для эубактерий. E.coli – одна из редких эубактерий, в которой, кроме типично бактериальной Fba-II, экспрессируется также Fba-I. Этот белок имеет невысокую гомологию с Fba-I других подклассов (из архей и из эукариот), поэтому по наложению их аминокислотных последовательностей нельзя идентифицировать остатки активного центра. Кристаллическая структура для Fba-I из эубактерий пока не решена. Ее решение позволит сделать выводы относительно остатков активного центра и механизма катализа, отнести Fba-I из E.coli к одному из известных подклассов (архейного или эукариотического типа). Алкогольдегидрогеназа из T.sibiricus в комплексе с гександиолом - фермент из гипертермофильной бактерии. Функционален при температуре 90С. Имеет широкую субстратную специфичность, в связи с чем перспективен для биотехнологии (детоксификация). Ранее была получена структура этого фермента в апо-форме. Представляет интерес посмотреть механизм связывания субстрата в активном центре. Никотинамидаза из A.sacharovorans. Данный фермент перспективен для медицины, т.к гомологичен ферменту из возбудителя туберкулеза. Также может быть использован в тонком органическом синтезе. Выделен из термофильной археи, что предполагает его высокую термостабильность. Лакказа из B.aclada. Данный класс ферментов имеет широкое биотехнологическое применение: биосенсорные технологии, целлюлозно-бумажная промышленность, ремедиация сточных вод, детоксификация и пр. Данный фермент интересен тем, что имеет низкую гомологию по аминокислотной последовательности с ферментами данного класса, а также не содержит один из трех необходимых ионов меди, оставаясь при этом активным. Альдегиддегидрогеназа из Pyrobacullum sp Фермент выделен из термофильной археи. Представляет научный интерес, т.к. в настоящее время неизвестна структурная организация архейных ферментов такого класса. Также перспективен в биотехнологии для утилизации альдегидов. ДНК-лигаза из F.fontis в комплексе с АТФ и олигонуклеотидами. Данный класс ферментов имеет жизненно важное значение для живых организмов, т.к. отвечает за устранение одно-и двуцепочечных разрывов в ДНК. Несмотря на имеющиеся литературные данные, ряд вопросов, связанных со структурными деталями молекулярного механизма действия этого фермента остается невыясненным. Может быть использован в лигазной цепной реакции (более чувствительный аналог ПЦР). Структура комплекса интересна механизмом связывания лигандов. Бета-гликозидаза из A.sacharovorans используется в качестве лекарственного препарата в качестве терапии болезни Гоше. Фермент также имеет широкий биотехнологический потенциал, связанный с окислением полисахаридов. Особую ценность придает возможность функционирования фермента при высокой температуре, т.к. он выделен из термофильного организма. Сведения о публикациях результатов исследований, полученных в ходе выполнения программы совместного КЭ «Кристаллизатор» с использованием НА «JAXA-PCG». Опубликовано.
Готовятся к публикации.
Доклады на конференциях
|
"Основные юридические информационно-справочные системы" К правовой информации, которая необходима бывает юристу для справки, относятся прежде всего правовые акты, а также вся информация,... | Структура отчета о ходе и результатах эксперимента Отчет о результатах эксперимента – это документ, который содержит систематизированные данные о проведении эксперимента | ||
Программа V i российско-японского инвестиционного форума время Выступления представителей центральных и региональных органов власти обеих стран | Справочные материалы к заседанию коллегии | ||
I. рабочая программа Цели освоения дисциплины Целями учебной дисциплины «Информационно-справочные системы и программы» являются приобретение студентами базовых теоретических знаний... | I. рабочая программа Цели освоения дисциплины Целями учебной дисциплины «Информационно-справочные системы и программы» являются приобретение студентами базовых теоретических знаний... | ||
Программа по подготовке ведущих преподавателей японского языка (магистратура) Данная программа проводится при сотрудничестве Международного центра японского языка Японского Фонда и аспирантуры Института политических... | Информация о ходе реализации областного межведомственного культурного проекта Количество участников 70 человек. Участники готовят творческие материалы и презентуют перед аудиторией | ||
Опись имущества кабинета Литература: Справочные материалы: Кн для учащихся/ С. В. Тураев, Л. И. Тимофеев, К. В. Вишневский и др. М.: «Просвещение», 1989 | Электронные информационно-справочные и документальные ресурсы Национального... Ю перспективу, является обеспечение и расширение свободного доступа заинтересованных физических и юридических лиц к научно-справочному... | ||
Диплом 1,2,3 степени Все работы достойны внимания: рассказы, рефераты, справочные материалы, экскурсии, старые и современные фотографии, презентации с... | Дальневосточный Государственный Униветситет Российско-Американский... Возникновение первых чеболь относится ещё к периоду японского колониального господства в Корее. Большинство из них имеет семейно-клановый... | ||
Урок биологии в 8 классе Научить учащихся в ходе эксперимента делать выводы о строении и физиологии глаза | Методические материалы в помощь преподавателю курса «Основы информационно-библиографической... Культуру чтения – школьникам: Методические материалы в помощь преподавателю курса «Основы информационно-библиографических знаний»:... | ||
Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... ... | Берлинский сравнительный тест для субд с языком запросов sparql (справочные материалы) Российский офис Консорциума W3C при поддержке Центра семантических технологий ниу вшэ, 2012 |