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

Отдел функциональной биохимии биополимеров

Отдел организован в 1965 году академиком А.Н. Белозерским. С 1967 г. по 1997 г. заведующим отделом был член-корр. РАН, профессор Б.Ф. Поглазов (1930-2001). С 1997 г. по настоящее время отдел возглавляет академик РАН и РАМН, профессор В.А. Ткачук.

Основные направления исследований

Основным направлением работы отдела является исследование двигательных систем живых клеток. В настоящее время работа сконцентрирована на изучении:

  • механизмов организации системы микротрубочек в животных клетках;
  • структуры и функции белков актомиозиновой системы (с использованием метода дифференциальной сканирующей микрокалориметрии);
  • строения двигательного аппарата архей.

Основные научные достижения отдела

(i) Фундаментальные работы член-корр. РАН Б.Ф.Поглазова

Фундаментальные работы первого заведующего отделом, член-корр. РАН Б.Ф. Поглазова, посвященные изучению биологической подвижности и механизмов сборки элементарных надмолекулярных биологических структур, получили мировую известность. Б.Ф. Поглазовым был внесен фундаментальный вклад в изучение молекулярной организации Т-четных бактериофагов. Также он был одним из пионеров исследования молекулярной организации и механизмов самосборки систем биологической подвижности. Б.Ф. Поглазовым была основана российская научная школа по изучению биологической подвижности. (Poglazov B.F. Morphohenesis of T-even bacteriophages. N.Y., Karger Press, 1973; Poglazov B.F. Structure and function of contractile proteins. Acad. Press, USA, 1966; Поглазов Б.Ф. Сборка биологических структур. "Наука", 1970; Поглазов Б.Ф., Левицкий Д.И. Миозин и биологическая подвижность, "Наука", 1982)

Труды Б.Ф.Поглазова на сайте НИИ Биохимии им. А.Н. Баха.

(ii) Прогресс в изучении жгутиков бактерий и архей

Под руководством Б.Ф. Поглазова впервые в России была начата работа по изучению структуры бактериального жгутика как двигательной органеллы прокариот и была предложена экспериментальная модель, позволяющая продемонстрировать механизм сборки нитей бактериальных жгутиков. Было показано различие во внутриклеточном креплении жгутиков бактерий и архей как органелл подвижности двух представителей прокариотических организмов (Novikov V.V. et al., Biochem Mol Biol Intern. 33: 723-728, 1994; Киреев и др., Микробиология, 75(3):364-370, 2006).

(iii) Прогресс в исследовании структуры мышечных белков

В отделе разработан и успешно применяется уникальный методический подход для регистрации структурных перестроек мышечных белков (миозина, актина, тропомиозина) в процессе их функционирования, в основе которого лежит исследование тепловой денатурации этих белков и их комплексов методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Установлено, что в процессе АТФазной реакции головки миозина подвергаются глобальным структурным перестройкам, сопровождаемым значительными изменениями в доменной структуре белка. Обнаружены глобальные конформационные изменения головок миозина и тропомиозина, вызываемые взаимодействием этих белков с актиновыми филаментами. Установлены сайты, определяющие аномально высокую конформационную подвижность центральной части молекулы тропомиозна, которая играет важную роль в его функциях при регуляции мышечного сокращения. (Ponomarev et al., Biochemistry 39: 4527-4532, 2000; Kaspieva et al., FEBS Lett., 489: 144-148, 2001; Nikolaeva et al., Eur J Biochem. 269: 5678-5688, 2002; Nevzorov et al., J Biol. Chem. 286(18):15766-15772, 2011).

(iv) Достижения в изучении структуры и функции микротрубочек в 1973-1993 г.г.

В 1973-1993 г.г. в отделе работала курируемая академиком А.С.Спириным научная группа под руководством д.б.н. В.И.Гельфанда. Группа имела значительные научные достижения в области исследования микротрубочек и других элементов цитоскелета животных клеток. Впервые была продемонстрирована АТФазная активность микротрубочкового моторного белка кинезина и ее стимуляция микротрубочками. Была изучена четвертичная структура кинезина-I (в настоящее время называемого KIF5) и доменная организация его молекулы. Была получена панель моноклональных антител к белкам, ассоциированным с микротрубочками, и с их помощью была идентифицирована легкая цепь ассоциированного с микротрубочками белка МАР1 – важнейшая часть его молекулы. Были также впервые обнаружены и описаны биполярные миозиновые филаменты в фибробластах (Kuznetsov SA, Gelfand VI. Proc Natl Acad Sci USA. 83: 8530-8534, 1986; Kuznetsov et al. J Cell Biol. 102: 1060-1066, 1986; Kuznetsov et al. EMBO J. 7: 353-356, 1989; Verkhovsky AB, Borisy GG. J Cell Biol. 123(3):637-652, 1993).

(v) Прогресс в изучении систем микротрубочек в животных и растительных клетках

В работах отдела по изучению организации и функций клеточных микротрубочек, проводившихся после 1993 г., была идентифицирована новая протеинкиназа животных клеток LOSK, ассоциированная с микротрубочками и центросомой, и доказано участие LOSK в формировании радиальной системы микротрубочек и в заякоривании микротрубочек на центросоме. Аналоги протеинкиназы LOSK и других киназ, регулирующих микротрубочки, описаны в растительных клетках. В клетках животных Обнаружены две изоформы динактина, экспрессирующиеся тканеспецифично, одна из которых является субстратом LOSK и локализована преимущественно в центросоме. Продемонстрирована роль актомиозина и динеина в позиционировании (перемещении в клеточный центроид) центросомы в животных клетках. Показано, что фосфорилирование промежуточной цепи динеина казеинкиназой приводит к активации транспорта к минус-концу микротрубочек. Предложена компьютерная модель организации клеточных микротрубочек. Исследовано взаимодействие микротрубочек с белком вируса X картофеля. Продемонстрировано, что микротрубочки облегчают формирование и рассасывание в клетках стрессовых гранул, состоящих из РНП, и что перемещение этих гранул по цитоплазме также зависит от микротрубочек (Zinovkina LA et al., FEBS Lett. 414: 135-139, 1997; Burakov A et al., J Cell Biol. 162: 963-969, 2003, Ivanov et al., Exp Cell Res. 290(2):227-233, 2003; Burakov et al., Mol.Biol.of the Cell 19(5):1952-1961,2008; Zhapparova et al., Traffic. 10(11):1635-1646, 2009; Ikeda et al., Mol Biol Cell. 22(8):1321-1329, 2011).

Участие в научно-исследовательских проектах и грантовая поддержка

В 2011 г. научные работы отдела были поддержаны грантами РФФИ:

  • Тепловая денатурация и агрегация главных мышечных белков – миозина и актина, рук. д.б.н. Д.И.Левицкий (№09-04-00266);
  • Влияние миопатических мутаций на термостабильность различных изоформ тропомиозина, рук. к.б.н О.П.Николаева (№09-04-00339);
  • Роль микротрубочковых моторных белков в динамике стрессовых РНП-гранул, рук. к.б.н. П.А.Иванов (№10-04-01107);
  • Молекулярные механизмы формирования радиальной системы микротрубочек и ее участие в регуляции перемещения клеток, рук. д.б.н. Е.С.Надеждина (№11-04-01022).

Также грантами по государственной поддержке научных исследований молодых российских ученых-кандидатов наук  (2011):

  • Роль серин-треониновой протеинкиназы LOSK и изоформ динактина в регуляции подвижности клеток млекопитающих и человека, рук. к.б.н.А.В.Бураков (№МК-3444.2010.4);
  • Роль фосфорилирования динактина в регуляции зависимой от микротрубочек клеточной подвижности, рук. к.б.н. О.Н.Жаппарова (№МК-8703.2010.4).

Лаборатория структуры и функции цитоскелета в своей работе взаимодействует с лабораторией профессора В.И.Родионова в Центре анализа и моделирования клеток в Медицинском центре Коннектикутского университета в США (Dr.Vladimir Rodionov, University of Connecticut Health Center, Center for Cell Analysis & Modeling, Farmington, CT ).

Научные премии

Научные достижения отдела отмечены премиями АН СССР совместно с Польской Академией Наук (Д.И. Левицкий) и Минвуза (М.А. Белозерский, Я.Е. Дунаевский).

Педагогическая деятельность

Аспиранты отдела в 2011 г.:

  • Саблина А.А., факультет биоинженерии и биоинформатики
  • Фокин А.И., факультет биоинженерии и биоинформатики

Студенты в 2011 г.:

  • Рябкова Е., биологический факультет;
  • Черепушкин С., биологический факультет;
  • Цымбаревич И., биологический факультет;
  • Любителев А., биологический факультет;
  • Падалко Н.С., физический факультет (кафедра биофизики) (2011-2012 г.г.).

Лекционные и практические курсы:

  • Избранные главы молекулярной биологии клетки (филиал МГУ в Пущино), д.б.н. Е.С.Надеждина, к.б.н. О.Н.Жаппарова;
  • Клеточный цикл (биологический факультет МГУ), д.б.н. Е.С.Надеждина;
  • Практикум по цитогенетике (факультет биоинженерии и биоинформатики), к.б.н. А.В.Бураков

Подразделения отдела

Все сотрудники отдела

Штатные сотрудники

На обучении

Бывшие сотрудники

  • Гельфанд В.И. профессор Северо-Западного унивеситета, доктор биологических наук
Избранные статьи Все статьи
  1. Nevzorov I.A., Nikolaeva O.P., Kainov Y.A., Redwood C.S., Levitsky D.I. (2011) Conserved Noncanonical Residue Gly-126 Confers Instability to the Middle Part of the Tropomyosin Molecule. Journal of Biological Chemistry, 286 (18): -.

  2. Ikeda K., Zhapparova O., Brodsky I., Semenova I., Tirnauer J.S., Zaliapin I., Rodionov V. (2011) CK1 activates minus-end-directed transport of membrane organelles along microtubules. Molecular Biology of the Cell, 22 (8): 1321-1329.

  3. Pivovarova A.V., Khaitlina S.Y., Levitsky D.I. (2010) Specific cleavage of the DNase-I binding loop dramatically decreases the thermal stability of actin. FEBS Journal, 277 (18): 3812-3822.

  4. Karpov P.A., Nadezhdina E.S., Yemets A.I., Matusov V.G., Nyporko A.Y., Shashina N.Y., Blume Y.B. (2010) Bioinformatic search of plant microtubule-and cell cycle related serine-threonine protein kinases. BMC Genomics, 11: -.

  5. Nadezhdina E.S., Lomakin A.J., Shpilman A.A., Chudinova E.M., Ivanov P.A. (2010) Microtubules govern stress granule mobility and dynamics. BBA - Molecular Cell Research, 1803 (3): 361-371. >>

  6. Zhapparova O.N., Bryantseva S.A., Dergunova L.V., Raevskaya N.M., Burakov A.V., Bantysh O.B., Shanina N.A., Nadezhdina E.S. (2009) Dynactin Subunit p150Glued Isoforms Notable for Differential Interaction with Microtubules. Traffic, 10 (11): 1635-1646.

  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. Markov D.I., Pivovarova A.V., Chernik I.S., Gusev N.B., Levitsky D.I. (2009) Small heat shock protein Hsp27 protects myosin S1 from heat-induced aggregation, but not from thermal denaturation and ATPase inactivation (vol 582, pg 1407, 2008). FEBS Letters, 583 (5): 949.

  9. Lomakin A.J., Semenova I., Zaliapin I., Kraikivski P., Nadezhdina E., Slepchenko B.M., Akhmanova A., Rodionov V. (2009) CLIP-170-dependent capture of membrane organelles by microtubules initiates minus-end directed transport. Developmental Cell, 17 (3): 323-33. >>

  10. Levitsky D.I., Pivovarova A.V., Mikhailova V.V., Nikolaeva O.P. (2008) Thermal unfolding and aggregation of actin - Stabilization and destabilization of actin filaments. FEBS Journal, 275 (17): 4280-4295.

  11. Burakov A.V., Zhapparova O.N., Kovalenko O.V., Zinovkina L.A., Potekhina E.S., Shanina N.A., Weiss D.G., Kuznetsov S.A., Nadezhdina E.S. (2008) Ste20-related protein kinase LOSK (SLK) controls microtubule radial array in interphase. Molecular Biology of the Cell, 19 (5): 1952-1961.

  12. Burakov A., Kovalenko O., Semenova I., Zhapparova O., Nadezhdina E., Rodionov V. (2008) Cytoplasmic dynein is involved in the retention of microtubules at the centrosome in interphase cells. Traffic, 9 (4): 472-480.

  13. Mirza M., Robinson P., Kremneva E., Copeland O., Nikolaeva O., Watkins H., Levitsky D., Redwood C., el-mezgueldi M., Marston S. (2007) The effect of mutations in alpha-tropomyosin (E40K and E54K) that cause familial dilated cardiomyopathy on the regulatory mechanism of cardiac muscle thin filaments. Journal of Biological Chemistry, 282 (18): 13487-13497.

  14. Kireev I.I., Novikova T.M., Sheval E.V., Metlina A.L. (2006) Structure of the intracellular part of the motility apparatus of halobacteria. Microbiology, 75 (3): 306-311.

  15. Dedova I.V., Nikolaeva O.P., Safer D., de la Cruz E.M., Dos Remedios C.G. (2006) Thymosin beta(4) induces a conformational change in actin monomers. Biophysical Journal, 90 (3): 985-992.

  16. Pivovarova A.V., Mikhailova V.V., Chernik I.S., Chebotareva N.A., Levitsky D.I., Gusev N.B. (2005) Effects of small heat shock proteins on the thermal denaturation and aggregation of F-actin. Biochemical and Biophysical Research Communications, 331 (4): 1548-1553.

  17. Kremneva E., Boussouf S., Nikolaeva O., Maytum R., Geeves M.A., Levitsky D.I. (2004) Effects of two familial hypertrophic cardiomyopathy mutations in alpha-tropomyosin, Asp175Asn and Glu180Gly, on the thermal unfolding of actin-bound tropomyosin. Biophysical Journal, 87 (6): 3922-3933.

  18. Ivanov P.A., Chudinova E.M., Nadezhdina E.S. (2003) Disruption of microtubules inhibits cytoplasmic ribonucleoprotein stress granule formation. Experimental Cell Research, 290 (2): 227-233.

  19. Serazev T.V., Nadezhdina E.S., Shanina N.A., Leshchiner A.D., Kalinina N.O., Morozov S.Y. (2003) Virions and the coat protein of the potato virus X interact with microtubules and induce tubulin polymerization in vitro. Molecular Biology, 37 (6): 919-925.

  20. Avsyuk A.Y., Khodyakov A.L., Baibikova E.M., Solov'yanova O.B., Nadezhdina E.S. (1997) Stability of vimentin intermediate filaments in interphase. Doklady Akademii Nauk, 357 (1): 130-133.

  21. Speransky V.V., Metlina A.L., Novikova T.M., Bakeeva L.E. (1996) A disk-like lamellar structure as part of archaeal flagellar apparatus. Biofizika, 41 (1): 159-&.

  22. Svitkina T.M., Surguchova I.G., Verkhovsky A.B., Gelfand V.I., Moeremans M., Demey J. (1989) Direct Visualization of Bipolar Myosin-Filaments in Stress Fibers of Cultured Fibroblasts. Cell Motility and the Cytoskeleton, 12 (3): 150-156.

  23. Kuznetsov S.A., Vaisberg E.A., Shanina N.A., Magretova N.N., Chernyak V.Y., Gelfand V.I. (1988) The quaternary structure of bovine brain kinesin. EMBO Journal, 7 (2): 353-356.

  24. Podlubnaya Z.A., Levitsky D.I., Shuvalova L.A., Poglazov B.F. (1987) Ordered Assemblies of Myosin Minifilaments. Journal of Molecular Biology, 196 (3): 729-732.

  25. Kuznetsov S.A., Gelfand V.I. (1986) Bovine brain kinesin is a microtubule-activated ATPase. PNAS, 83: 8530-8534.