Сайт в стадии разработки [Старая версия сайта]
Самый цитируемый биологический институт РФ *

Отдел химии белка

Отдел организован в 1965 г. при основании института. Первым руководителем был проф. А. Б. Силаев, затем отдел возглавляла проф. С. М. Аваева (1968-1989 гг.), с 1989 г. - проф. А. А. Байков. В составе отдела работают три научные группы (руководители: Т. И. Назарова, Г. А. Коршунова и А. А. Байков). В настоящее время численность отдела составляет 8 человек, в том числе 2 ведущих научных сотрудника, 2 старших научных сотрудника, 1 научный сотрудник, 1 младший научный сотрудник и 1 специалист. Отдел ведет научные исследования по темам «Структура, механизм, роль и биоинженерия гидролитических ферментов» и «Дизайн и получение антибактериальных веществ на базе структурного анализа рибосомы».

Основные направления работы

Направления работы отдела включают изучение структуры, механизма действия и роли ферментов, катализующих гидролиз и синтез фосфоангидридной связи, изучение взаимодействия рибосомы с антибиотиками, масс-спектрометрия белков, а также химический синтез аналогов природных соединений направленного действия. Основные объекты изучения — это фермент пирофосфатаза, большая субчастица рибосомы и пирофосфат-зависимые мембранные переносчики ионов металлов. В работе используются физико-химические и генно-инженерные методы, а также методы синтетической органической химии.

(i) Изучение ферментов, гидролизирующих неорганические полифосфаты (А.А. Байков)

В группе проф. А.А. Байкова основные усилия направлены на изучение двух ферментов — регулируемой CBS-пирофосфатазы и мембранной Na+-транспортирующей пирофосфатазы бактерий, ранее открытых в совместной работе с группой проф. Р. Лахти из Университета г. Турку (Финляндия). Ведется работа по установлению молекулярного механизма регуляции CBS-пирофосфатаз, определяющего их физиологическую функцию. Мы также исследуем механизм сопряжения гидролиза пирофосфата с транспортом ионов в мембранной пирофосфатазе и эволюцию ее катионной специфичности.

(ii) Механизм функционирования рибосомы и разработка молекулярных основ дизайна новых рибосомных антибиотиков (Г.А. Коршунова)

Работа группы д.х.н. Г.А. Коршуновой направлена на изучение механизма функционирования рибосомы и на разработку молекулярных основ дизайна новых рибосомных антибиотиков. Основная идея исследования заключается в использовании макролидов в качестве «якорных» молекул, которые несут аминокислотный или пептидный фрагмент, моделирующий растущий в рибосомном канале полипептид. Проводятся химические модификации антибиотиков, основанные на данных компьютерного моделирования структуры комплексов рибосомы с макролидами. Планируется создание принципиально нового класса ингибиторов биосинтеза белка на основе пептидил-нуклеиновых кислот, действие которых адресно направлено на Р-сайт пептидилтрансферазного центра.

(iii) Исследование бактериальных белковых комплексов (Т.И. Назарова)

Группа к.х.н. Т.И. Назаровой изучает белковые комплексы, образующиеся в бактерии Escherichia coli. Ранее были охарактеризованы комплексы фермента пирофосфатазы, и показано, что ее партнерами являются ферменты фруктозо-1,6-бисфосфатальдолаза, 5-кето-4-дезоксиуронатизомераза и глутаматдекарбоксилаза, которые участвуют в центральном метаболизме. Проводится идентификация других партнеров пирофосфатазы и партнеров ее партнеров, с тем чтобы определить всю сеть взаимодействий ключевых ферментов клетки. Развитием этого направления является работа по исследованию белков микоплазмы Acholeplasma laidlawii с целью разработки новых средств борьбы с этим патогеном.

Основные научные достижения отдела

Определены пространственные структуры нескольких десятков производных пирофосфатаз двух семейств. Установлена модель катализа пирофосфатазой, ключевым элементом которого является генерируемый под действием ионов металла гидроксид-ион. Открыто новое эволюционное семейство растворимых пирофосфатаз, включающее регулируемый нуклеотидами фермент. Открыт пирофосфат-зависимый мембранный переносчик натрия. Найден специфический ингибитор пирофосфат-зависимых мебранных переносчиков H+ и Na+ — аминометилендифосфонат. Идентифицирована экзополифосфатаза человека. Установлен структурный механизм регуляции белка CBS-доменами. Осуществлен синтез серии нуклеоаминокислотных аналогов нейропептидов и найдены пептиды, обладающие высокими опиоидной селективностью и анальгетическим действием. Синтезированы пептидные аналоги олигонуклеотидов. Синтезированы новые фотоактивируемые бифункциональные реагенты, содержащие карбен-генерирующую арил(трифторметил)диазириновую группу. Синтезированы производные тилозина и эритромицина, образующие новые контакты в рибосомальном туннеле. Синтезированы новые аналоги эритромицина, потенциально способные преодолевать устойчивость микроорганизмов, вызванную метилированием нуклеотидного остатка А2058 в 23S-рРНК. Разработаны аналитические методы определения фосфатов, пирофосфата, ионов металлов, а также методы иммуноферментного анализа и анализа на основе системы биотин-стрептавидин с ипользованием пирофосфатазы в качестве метки.

Внешние связи отдела

В своей работе отдел сотрудничает с исследователями из Института кристаллографии РАН, Института белка РАН, НИИ физико-химической медицины ФМБА России, Института по изысканию новых антибиотиков РАМН, Университета г. Турку (Финляндия), Университета Иллинойса (США) и Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL, Германия). В научной работе отдела также принимают участие сотрудники кафедры химии природных соединений Химического факультета МГУ, с которой отдел исторически тесно взаимодействует в научной и педагогической деятельности.

Участие в грантах и научных программах

В разное время научные исследования отдела были поддержаны грантами РФФИ, грантом «Научные школы», Международного научного фонда, Национальных институтов здоровья США, фонда Фольксвагена. В настоящее время имеются 3 гранта РФФИ и контракт с Институтом кристаллографии РАН. Кроме того, группа д.х.н. Г.Н. Коршуновой поддерживается средствами «Мегапроекта по практическому применению ионов Скулачева» поддержанного OOO «Митотех».

Научные премии

Научные достижения отдела отмечены Государственной премией СССР (С.М. Аваева), медалями ВДНХ (А.А. Байков, С.М. Аваева, В.Н. Кашо), премией Всероссийского биохимического общества (С.М. Аваева). Сотрудниками отдела получено 15 авторских свидетельств и патентов, в том числе 6 зарубежных. В отделе защищены 50 кандидатских и 3 докторские диссертации.

Педагогическая деятельность

Отдел активно участвует в педагогической работе кафедры химии природных соединений Химического факультета и Факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ. За последние 5 лет под руководством сотрудников отдела выполнены 23 курсовые работы, 10 дипломных работ и защищены 5 кандидатских диссертаций. В настоящее время в отделе выполняют научную работу 14 студентов разных курсов указанных факультетов.

Все сотрудники отдела

Штатные сотрудники

Избранные статьи Все статьи
  1. Baykov A.A., Tuominen H.K., Lahti R. (2011) The CBS Domain: A Protein Module with an Emerging Prominent Role in Regulation. ACS Chemical Biology, 6 (11): 1156-1163.

  2. Lyamzaev K.G., Pustovidko A.V., Simonyan R.A., Rokitskaya T.I., Domnina L.V., Ivanova O.Y., Severina I.I., Sumbatyan N.V., Korshunova G.A., Tashlitsky V.N., Roginsky V.A., Antonenko Y.N., Skulachev M.V., Chernyak B.V., Skulachev V.P. (2011) Novel Mitochondria-Targeted Antioxidants: Plastoquinone Conjugated with Cationic Plant Alkaloids Berberine and Palmatine. Pharmaceutical Research, 28 (11): 2883-2895.

  3. Luoto H.H., Belogurov G.A., Baykov A.A., Lahti R., Malinen A.M. (2011) Na(+)-translocating Membrane Pyrophosphatases Are Widespread in the Microbial World and Evolutionarily Precede H(+)-translocating Pyrophosphatases. Journal of Biological Chemistry, 286 (24): 21633-21642.

  4. Bogdanov A.A., Sumbatyan N.V., Shishkina A.V., Karpenko V.V., Korshunova G.A. (2010) Ribosomal tunnel and translation regulation. Biochemistry-Moscow, 75 (13): 1501-1516.

  5. Starosta A.L., Karpenko V.V., Shishkina A.V., Mikolajka A., Sumbatyan N.V., Schluenzen F., Korshunova G.A., Bogdanov A.A., Wilson D.N. (2010) Interplay between the Ribosomal Tunnel, Nascent Chain, and Macrolides Influences Drug Inhibition. Biology, 17 (5): 504-514.

  6. Severin F.F., Severina I.I., Antonenko Y.N., Rokitskaya T.I., Cherepanov D.A., Mokhova E.N., Vyssokikh M.Y., Pustovidko A.V., Markova O.V., Yaguzhinsky L.S., Korshunova G.A., Sumbatyan N.V., Skulachev M.V., Skulachev V.P. (2010) Penetrating cation/fatty acid anion pair as a mitochondria-targeted protonophore. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 107 (2): 663-668.

  7. Skulachev V.P., Anisimov V.N., Antonenko Y.N., Bakeeva L.E., Chernyak B.V., Erichev V.P., Filenko O.F., Kalinina N.I., Kapelko V.I., Kolosova N.G., Kopnin B.P., Korshunova G.A., Lichinitser M.R., Obukhova L.A., Pasyukova E.G., Pisarenko O.I., Roginsky V.A., Ruuge E.K., Senin I.I., Severina I.I., Skulachev M.V., Spivak I.M., Tashlitsky V.N., Tkachuk V.A., Vyssokikh M.Y., Yaguzhinsky L.S., Zorov D.B. (2009) An attempt to prevent senescence: A mitochondrial approach. Biochimica et Biophysica Acta-Bioenergetics, 1787 (5): 437-461.

  8. Tammenkoski M., Koivula K., Cusanelli E., Zollo M., Steegborn C., Baykov A.A., Lahti R. (2008) Human metastasis regulator protein H-prune is a short-chain exopolyphosphatase. Biochemistry, 47 (36): 9707-9713.

  9. Jamsen J., Tuominen H., Salminen A., Belogurov G.A., Magretova N.N., Baykov A.A., Lahti R. (2007) A CBS domain-containing pyrophosphatase of Moorella thermoacetica is regulated by adenine nucleotides. Biochemical Journal, 408: 327-333.

  10. Samygina V.R., Moiseev V.M., Rodina E.V., Vorobyeva N.N., Porov A.N., Kurilova S.A., Nazarova T.I., Avaeva S.M., Bartunik H.D. (2007) Reversible inhibition of Escherichia coli inorganic pyrophosphatase by fluoride: Trapped catalytic intermediates in cryo-crystallographic studies. Journal of Molecular Biology, 366 (4): 1305-1317.

  11. Malinen A.M., Belogurov G.A., Baykov A.A., Lahti R. (2007) Na+-pyrophosphatase: a novel primary sodium pump. Biochemistry, 46 (30): 8872–8878. >>

  12. Samygina V.R., Popov A.N., Rodina E.V., Vorobyeva N.N., Lamzin V.S., Polyakov K.M., Kurilova S.A., Nazarova T.I., Avaeva S.M. (2001) The structures of Escherichia coli inorganic pyrophosphatase complexed with Ca2+ or CaPPi at atomic resolution and their mechanistic implications. Journal of Molecular Biology, 314 (3): 633-645.

  13. Merckel M.C., Fabrichniy I.P., Salminen A., Kalkkinen N., Baykov A.A., Lahti R., Goldman A. (2001) Crystal structure of Streptococcus mutans pyrophosphatase: A new fold for an old mechanism. Structure, 9 (4): 289-297.

  14. Korshunova G.A., Sumbatyan N.V., Topin A.N., Mtchedlidze M.T. (2000) Photoactivatable reagents based on aryl(trifluoromethyl) diazirines: Synthesis and application for studying nucleic acid-protein interactions. Molecular Biology, 34 (6): 823-839.

  15. Sivula T., Salminen A., Parfenyev A.N., Pohjanjoki P., Goldman A., Cooperman B.S., Baykov A.A., Lahti R. (1999) Evolutionary aspects of inorganic pyrophosphatase. FEBS Letters, 454 (1): 75-80.

  16. Baykov A.A., Cooperman B.S., Goldman A., Lahti R. (1999) Cytoplasmic inorganic pyrophosphatase. Progress in Molecular and Subcellular Biology, 23: 127-150.

  17. Shintani T., Uchiumi T., Yonezawa T., Salminen A., Baykov A.A., Lahti R., Hachimori A. (1998) Cloning and expression of a unique inorganic pyrophosphatase from Bacillus subtilis: evidence for a new family of enzymes. FEBS Letters, 439 (3): 263-266.

  18. Avaeva S.M., Rodina E.V., Vorobyeva N.N., Kurilova S.A., Nazarova T.I., Sklyankina V.A., Oganessyan V.Y., Samygina V.R., Harutyunyan E.H. (1998) Three-dimensional structures of mutant forms of E-coli inorganic pyrophosphatase with Asp -> Asn single substitution in positions 42, 65, 70, and 97. Biochemistry-Moscow, 63 (6): 671-684.

  19. Harutyunyan E.H., Oganessyan V.Y., Oganessyan N.N., Avaeva S.M., Nazarova T.I., Vorobyeva N.N., Kurilova S.A., Huber R., Mather T. (1997) Crystal structure of hole inorganic pyrophosphatase from Escherichia coli at 1.9 angstrom resolution. Mechanism of hydrolysis. Biochemistry, 36 (25): 7754-7760.

  20. Cooperman B.S., Baykov A.A., Lahti R. (1992) Evolutionary Conservation of the Active-Site of Soluble Inorganic Pyrophosphatase. Trends in Biochemical Sciences, 17 (7): 262-266.