Rambler's Top100

Лаборатория Биомолекулярной Спектроскопии Ядерного Магнитного Резонанса (ЯМР)

 

 

Заведующий лабораторией: д.х.н., профессор Арсеньев Александр Сергеевич, aars@nmr.ru

Телефон: +7 495 335 74 83

Местоположение: 33, 51 и 63 корпус 1 этаж

 

 

Лаборатория Биомолекулярной ЯМР спектроскопии образовалась в 2007 году из группы ЯМР в составе Лаборатории (ныне — Отдела) структурной биологии Института Биоорганической Химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН. Также в Отдел входят: Лаборатория Моделирования Биомолекулярных Систем (заведующий - Ефремов Р.Г.) и Лаборатория Оптической Микроскопии и Спектроскопии Молекул (заведующий - Феофанов А.В.) Возглавляет Отдел профессор Арсеньев А.С.

Основное направление работы Лаборатории Биомолекулярной ЯМР Спектроскопии – исследование пространственной организации и внутримолекулярной динамики биомакромолекул и их взаимосвязь с функцией. В Лаборатории последнее время успешно проводятся исследования пространственной структуры и внутримолекулярной динамики мембранных и мембрано-активных белков и пептидов в средах, имитирующих биологическую мембрану. На сегодняшний день объектами исследования являются потенциал-зависимые ионные каналы, G-белок сопряжённые рецепторы, проапоптозный белок BNip3, рецепторные протеинкиназы, биологически активные пептиды и многие другие белки.

1. Структура и механизмы действия потенциал-зависимых калиевых ионных каналов.

Цель: исследование структуры поровых доменов, сенсорных доменов и регуляторных субъединиц калиевых каналов из клеток бактерий и млекопитающих методом ЯМР спектроскопии в средах моделирующих биологическую мембрану. В ходе работы предполагается определить пространственную структуру поровых доменов, вольт-сенсорных доменов и регуляторных субъединиц для нескольких калиевых каналов, а так же детально исследовать топологию размещения спиралей образующих эти домены в модельных мембранных системах. Механизмы активации и инактивации каналов предполагается изучить, исследуя структуры комплексов канальных белков с ингибирующими их токсинами и регуляторными субъединицами каналов.

2. Структура трансмембранных пептидов -фрагментов сенсорных киназ. Возможная роль димеризации и взаимодействия спираль-спираль в активации и проведении сигналов.

Цель: исследование структуры димеризующихся трансмембранных спиральных доменов сенсорных киназ млекопитающих методом ЯМР в средах моделирующих биологическую мембрану. В ходе работы предполагается определить пространственную структуру для димеров трансмембранных доменов нескольких сенсорных киназ, возможно вовлеченных в передачу сигналов при возникновении некроза и апоптоза клетки. В ходе проекта предполагается выявить структурные мотивы ответственные за взаимодействие между трансмембранными спиральными доменами этих белков

3. Структура и механизмы действия антимикробных пептидов бактерий, грибов, растений и животных.

Цель: исследование структуры и топологии расположения в модельной мембране различных антимикробных пептидов бактерий, грибов, растений и животных. В ходе работы особое внимание будет уделено исследованию механизмов олигомеризации антимикробных пептидов в мембранном окружении и образованию комплексов с ионами.

4. Структура мембранных белков семейства GPCR.

Цель: исследование структуры мембранных рецепторов семейства GPCR (G-белок связанные рецепторы) методом ЯМР в средах моделирующих биологическую мембрану. В ходе работы предполагается определить пространственную структуру нескольких фармакологически важных мембранных белков этого семейства. Планируется исследовать механизмы активации этих белков природными лигандами, и коммерческими лекарственными препаратами.

5. Разработка новых сред моделирующих биологическую мембрану для ЯМР исследований мембранных белков

Цель: разработка методик применения мембранных нанодисков для исследования структуры мембранных белков методом ЯМР спектроскопии. Все исследования включают в себя как экспериментальную часть: подбор условий для солюбилизации белков в детергентах, получение спектров на ЯМР спектрометре и их анализ, так и расчетную часть посвященную реконструкции структуры белков по полученным данным.

 

В Лаборатории имеется все необходимое оборудование для получения и выделения рекомбинантных белков, включая новейшие хроматографические системы, ультрацентрифуги, ферментёры для выращивания клеток и многое другое.

Лаборатория оснащена самым современным оборудованием для изучения пространственной структуры белков – спектрометрами ядерного магнитного резонанса Avance III 800,  Avance II 700, Avance II 600 (фирмы Bruker, Германия) со сверхпроводящими датчиками Cryoprobe, установкой для измерения многоуглового и динамического светорассеяния (Wyatt Technology, США). По уровню оснащенности спектрометрами ЯМР лаборатория занимает первое место в России и одно из ведущих мест в мире.

У нас Вы можете пройти весь путь по исследованию белка -- от получения рекомбинантной формы методами генетической инженерии до полного определения его пространственной структуры методами ЯМР спектроскопии и молекулярного моделирования, а следовательно, и функций.

В лаборатории работает высококвалифицированный персонал, позволяющий решать самые сложные задачи. Исследования проводятся в тесном сотрудническтве с рядом международных научных центров (Швейцария, Франция, Германия, США и ряд других). В настоящее время в Лаборатории работает 15 постоянных сотрудников, среди них -- 2 доктора наук, 10 кандидатов физико-математических и химических наук, 6 аспирантов. А.C. Арсеньев является заведующим кафедрой "Физико-химическая биология и биотехнология" факультета молекулярной и биологической физики МФТИ. Ежегодно 10 студентов проходят стажировку, выполняют и защищают курсовые и дипломные работы.

Сотрудники Лаборатории активно участвуют в работе отечественных и международных научных школ, различных конференций (например, школа-круиз “High- Speed NMR Protein Structure Analysis”, Москва–Санкт-Петербург, июнь 2007 г.; ежегодная зимняя молодёжная научная школа "Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии" в ИБХ РАН). Ежегодно сотрудники Лаборатории выпускают около 10 публикаций в различных отечественных и зарубежных научных журналах.

Наличие новейшего оборудования и высококвалифицированного персонала, а также тесное взаимодействие с другими подразделениями Отдела, позволяют решать самые сложные задачи и обеспечивают Лаборатории ведущие позиции на современном российском инновационном рынке.

Защиты в Лаборатории за 2005-2007 гг.

1.   Шенкарев Захар Олегович.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 03.00.02. - биофизика. Исследование структуры и динамики каналообразующего антибиотика зервамицина IIB в мембрано-моделирующих средах методом спектроскопии ЯМР. Москва 2005.

2.   Крачковский Сергей Александрович

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 03.00.02. - биофизика. Использование остаточных диполь-дипольных взаимодействий для изучения структуры и динамики белков. Москва 2006. (18.10.06, МФТИ)

3.   Дубинный Максим Анатольевич

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 03.00.02. - биофизика. Пространственная структура цитотоксинов Naja oxiana и их взаимодействие с мицеллами и биомембранами.  Москва 2006. (13.12.06, МФТИ)

4.   Лесовой Дмитрий Михайлович

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 03.00.02. - биофизика. Изучение взаимодействия токсинов яда кобры Naja oxiana с мембранами методом ЯМР спектроскопии.  Москва 2006. (20.12.06, МФТИ)

5.   Пустовалова Юлия Евгеньевна

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 03.00.02. - биофизика. Исследование пространственной структуры трансмембранного домена апоптозного белка BNIP3 методом спектроскопии ЯМР. Москва 2006. (20.12.06, МФТИ)

Статьи Лаборатории и Отдела за 2007-2008 гг.

2008

  1. Tatyana V. Ovchinnikova, Zakhar O. Shenkarev, Sergey V. Balandin, Kirill D. Nadezhdin, Alexander S. Paramonov, Vladimir N. Kokryakov, Alexander S. Arseniev. Molecular insight into mechanism of antimicrobial action of the b-hairpin peptide arenicin: specific oligomerization in detergent micelles. Biopolymers, 2008, v., p.. (www.interscience.wiley.com  DOI 10.1002/bip.20865)
  2. E.N. Lyukmanova, Z.O. Shenkarev, A.S. Paramonov, A.G. Sobol, T.V. Ovchinnikova#, V.V. Chupin, M.P. Kirpichnikov, M.J.J. Blommers, A.S. Arseniev. Lipid-Protein Nanoscale Bilayers: the Versatile Media for NMR Investigation of Membrane Proteins and Membrane-active peptides. J Am Chem Soc. 2008;130(7):2140-2141.
  3. А.Д. Киверо, Э.В. Бочаров, В.Г. Дорошенко, А.Г. Соболь, М.А. Дубинный, А.С. Арсеньев. Изучение потоков углерода при утилизации глюкозы в Escherichia coli MG1655 с помощью 2D [1H,13C] ЯМР спектроскопии. Прикладная биохимия и микробиология/Applied Biochemistry and Microbiology. 2008, т. 44, № 2, с. 168-175.
  4. E.V. Bocharov, K.S. Mineev, P.E. Volynsky, Y.S. Ermolyuk, E.N. Tkach, A.G. Sobol, V.V. Chupin, M.P. Kirpichnikov, R.G. Efremov, A.S. Arseniev. Spatial structure of dimeric transmembrane domain of the growth factor receptor ErbB2 presumably corresponding to the receptor active state. J. Biol. Chem. , 2008, 10.1074/jbc.M709202200
  5. P.V. Dubovskii, P.E. Volynsky, A.A. Polyansky, D.V. Karpunin, V.V. Chupin, R.G.Efremov, A.S. Arseniev. Three dimensional structure/hydrophobicity of latarcins specifies their mode of membrane activity. Biochemistry, 2008,

2007

  1. Pyrkov T.V., Kosinsky Yu.A., Arseniev A.S., Priestle J.P., Jacoby E., Efremov R.G. Complementarity of hydrophobic properties in ATP-protein binding: a new criterion to rank docking solutions. Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics. 2007, v. 66, N 2, p. 388-398.
  2. Efremov R.G., Chugunov A.O., Pyrkov T.V., Priestle J.P., Arseniev A.S., Jacoby E. Molecular lipophilicity in protein modeling and drug design. Curr. Med. Chem. 2007, v. 14, N 4, 393-415. (Review)
  3. Чугунов А.О., Новоселецкий В.Н., Арсеньев А.С., Ефремов Р.Г. Новый метод оценки качества упаковки трансмембранных α-спиральных доменов в белках. Биохимия. 2007, т. 72, № 3, 358-367.
  4. Bocharov E.V., Pustovalova Y.E., Pavlov K.V., Volynsky P.E., Goncharuk M.V., Ermolyuk Y.S., Karpunin D.V., Shulga A.A., Kirpichnikov M.P., Efremov R.G., Maslennikov I.V., Arseniev A.S. “Unique dimeric structure of Bnip3 transmembrane domain suggests membrane permeabilization as a cell death trigger”, J. Biol. Chem. (2007), 282(22):16256-16266.
  5. A.O.Chugunov, V.N.Novoseletsky, D.E.Nolde, A.S.Arseniev, R.G.Efremov. Method to assess packing quality of transmembrane alphahelices in Proteins. 1. Parametrization using structural data. J.Chem.Inf.Model. 2007, v. 47, p. 1150-1162.
  6. A.O.Chugunov, V.N.Novoseletsky, D.E.Nolde, A.S.Arseniev, R.G.Efremov. Method to assess packing quality of transmembrane alphahelices in Proteins. 2. Validation by “ Correct vs Misleading” test. J.Chem.Inf.Model. 2007, v. 47, p. 1163-1170.
  7. T.V. Pyrkov, Yu.A. Kosinsky, A.S. Arseniev, J.P. Priestle, E. Jacoby, R.G. Efremov. Docking of ATP to Ca ATPase: considering protein domain motions. J.Chem.Inf.Model. 2007, v. 47, p. 1171-1181.
  8. Tatyana V. Ovchinnikova, Zakhar O. Shenkarev, Kirill D. Nadezhdin, Sergey V. Balandin, Maxim N. Zhmak, Irina A. Kudelina, Ekaterina I. Finkina, Vladimir N. Kokryakov, Alexander S. Arseniev. Recombinant expression, synthesis, purification, and solution structure of arenicin. Biochem.Bioph.Res.Co., 2007, v. 360, p. 156-162.
  9. Shenkarev Z.O., Paramonov A.S., Nadezhdin K.D., Bocharov E.V., Kudelina I.A., Skladnev D.A., Tagaev A.A., Yakimenko Z.A., Ovchinnikova T.V., Arseniev A.S. Antiamoebin-I in Methanol Solution: Rapid Exchange between Right- and Left-Handed 310-Helical Conformations. Chem. Biodivers., 2007, v. 4, p. 1219-1242.
  10. Roman G.Efremov, Pavel E. Volynsky, Anton A. Polyansky, Dmitry E. Nolde, Arseniev A.S. Protein-membrane interactions: lessons from in silico studies. In: Structure and Biophysics – New Technologies for Current Challenges in Biology and Beyond. (Ed. J.D. Puglisi) Springer. 2007, p. 19-39. ISBN 978-1-4020-5899-8
  11. Polyansky A.A., Volynsky P.E., Efremov R.G. Computer simulations of membrane-lytic peptides: perspectives in drug design. (2007). J. Bioinform. & Comput. Biology v. 5, N. 02B, 611-626.
  12. Vereshaga Ya.A., Volynsky P.E., Pustovalova Ju.E., Nolde D.E., Arseniev A.S., Efremov R.G. Specificity of helix packing in transmembrane dimer of the cell death factor BNIP3: a molecular modeling study. (2007). Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics. v. 69, N 2, 309-325
  13. Чугунов А.О., Новоселецкий В.Н., Арсеньев А.С., Ефремов Р.Г. Интегральные мембранные белки: подход к созданию реалистичных моделей in silico. (2007). Мембраны, изд. ВИНИТИ, Серия «Критические технологии», № 1 (33), с. 21-31.
  14. Efremov R.G., Volynsky P.E., Nolde D.E., Vergoten G., Arseniev A.S. The membrane-proximal fusion domain of HIV-1 GP41 reveals sequence-specific and fine-tuning mechanism of membrane binding. (2007). J. Biomol. Struct. & Dynamics. v. 25, N 2, 195-206.
  15. Zhuravleva A.; Korzhnev D. M.; Nolde S. B.; Kay L. E.; Arseniev A. S.; Billeter M.; Orekhov V. Yu. Propagation of dynamic changes in barnase upon binding of barstar: an NMR and computational study. J. Mol. Biol. 2007, v.367, Issue 4, p. 1079-1092..
  16. Lyukmanova E.N., Shenkarev Z,O., Schulga A.A., Ermolyuk Y.S., Utkin Y.N., Shoulepko M.A., Hogg R.C., Bertrand D., Dolgikh D.A., Tsetlin V.I., Kirpichnikov M.P. Bacterial expression, NMR, and electrophysiology analysis of chimeric short/long-chain alpha-neurotoxins acting on neuronal nicotinic receptors. J. Biol. Chem., 2007, v. 282 (34), p. 24784-24791.
  17. T.V.Pyrkov, R.G.Efremov. A Fragment-base scoring function to Re-rank ATP Docking resalts. Int.J.Mol.Sci. , 2007, 8:1083-1094.
  18. А.А.Василевский, С.А.Козлов, М.Н.Жмак, И.А.Куделина, П.В.Дубовский, О.Я.Шатурский, А.С.Арсеньев, Е.В.Гришин. Синтетические аналоги антимикробных пептидов из яда среднеазиатского паука Lachesana tarabaevi. Биоорган. химия, 2007, 33:405-412.