Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование пространственной структуры белков, имеющих медицинское или промышленное значение методом рентгеноструктурного анализа на базе Европейского центра синхротронного излучения.

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
белковая кристаллография, рентгеноструктурный анализ, фермент, биокатализатор, белок-мишень, гибридные системы, пространственная структура, биомакромолекулы

Цель проекта:
Целью настоящей работы является структурное исследование ряда белков, имеющих медицинское или промышленное значение, в том числе белка-мишени для разработки противотуберкулезных препаратов нового поколения, мутантных форм ряда карбоксипептидаз, являющиеся перспективными объектами для разработки биокатализаторов, мутнатной формы белка гликолипидного транспорта человека (БГТЧ), а также изучение структурных особенностей белков в составе гибридных систем, существенные преимущества которых основаны на комбинации функциональных свойств новых биоорганических и классических неорганических (полупроводниковых, акустоэлектрических и других) материалов.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения проекта будут получены трехмерные структуры белков и их комплексов, а именно: структура белка-мишени для поиска антитуберкулезных лекарств из бактерии-возбудителя туберкулеза в апо-форме и в комплексе с ингибиторами, структуры мутантных форм ряда карбоксипептидаз в апо-форме и в комплексе с функциональными лигандами, мутантной формы белка гликолипидного транспорта человека. Структуры будут получены в виде стандартных файлов, содержащих наборы координат атомов белковой молекулы.
Полученная в ходе выполнения проекта информация о структурных особенностях белковых кристаллов, выращенных на разных подложках, позволит сделать важный шаг на пути создания новых гибридных систем. Также полученные данные будут востребованы при дальнейшей адаптации высокоразрешающих и фазочувствительных рентгеновских методов для исследования органических компонент гибридных систем.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Выбранные объекты весьма востребованы как для научных исследований, так и для использования в практике. Знание особенностей структурной организации белков, значимых для медицины, а также их функциональной активности, позволяет проводить на их основе разработку целевых лекарств, которые будут направленно ингибировать или активизировать работу указанного белка для лечения определенного заболевания. Аналогичным образом при развитии новых функциональных элементов микроэлектроники, сенсорики и т.п. используются знания о структуре и функциях технически перспективных белков. Для дальнейшего прикладного применения полученных результатов необходимо с одной стороны проведение модельных и численных экспериментов, с другой – экспериментальная проверка возможностей формирования функционально активных промышленных образцов или лекарств. Таким образом, возможными потребителями полученных в ходе выполнения проекта результатов могут быть как научные группы, занимающиеся фундаментальными исследованиями в области биомедицинских технологий, так научно-исследовательские институты, фармацевтические компании, а также научные и исследовательские группы, занимающиеся проблемой создания новых гибридных систем.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Полученные в ходе выполнения проекта результаты будут иметь существенное значение для использования в области медицинских технологий, в том числе для создания новых лекарств, а также для разработки и создания принципиально новых гибридных систем, например биосенсоров, элементов молекулярной электроники и др. Пространственная структура белка – перспективной мишени для действия антитуберкулезных препаратов в апо-форме, а также пространственные структуры данного белка в комплексе с различными лигандами будут использованы для поиска на их основе ингибиторов - потенциальных противотуберкулезных препаратов.
Пространственные структуры мутантных форм карбоксипептидаз будут использованы для разработки на их основе биокатализаторов перспективных для промышленного применения.
Данные, полученные о структуре и условиях формирования слоистых органических систем на твердых подложках, содержащих белковые структуры, позволят заложить основные принципы в методики создания гибридных систем.

Текущие результаты проекта:
Был проведен скрининг условий кристаллизации лизоцима тетрагональной и моноклинной сингонии, ряда белков-карбоксипептидаз и их мутантных форм. Были получены кристаллы методом диффузии в парах и кристаллизации в объеме.
С использованием лабораторного дифрактометра ЦКП ИК РАН и станции “БЕЛОК” КИСИ проведены предварительные рентгенодифракционные исследования кристаллов тетрагональной и моноклинной формы лизоцима. Согласно предварительному анализу, разрешение полученных наборов составило 2.1 Å и 2.4 Å, соответственно.
Для исследования влияния подложек на структуру полученных кристаллов, были подготовлены:
– подложки с шероховатостью поверхности менее 10А: кремниевые гидрофильные, кварцевые гидрофильные, слюда гидрофильная, атомарно гладкая.;
– подложки с шероховатостью поверхности более 10А: стеклянные гидрофильные, стеклянные с силановым покрытием гидрофобные, стеклянные с покрытием superfrost положительно заряженные, стеклянные с полилизиновым покрытием поли-L-лизин гидрофобные;
– подложки с нанесенными моно- и многослойными органическими пленками: стеарата свинца (6 слоев) и других металлов, димиристоилфосфатидилхолина (1 слой), тетраолеилкардиолипина (1 слой), октадециламина (2 слоя), проводящего полимера политригексилтиофена (1 слой).
Все монослои различных веществ были нанесены на подложки с силановым покрытием методами Ленгмюра-Блоджетт и Ленгмюра-Шеффера.
Выбранные подложки были исследованы методом рентгеновской рефлектометрии для оценки качества их поверхности, также были получены дифракционные данные от выбранных твердых подложек.
Были проведены предварительные эксперименты по выращиванию кристаллов лизоцима тетрагональной сингонии на подготовленных подложках. Оценка качества кристаллов произведена с помощью оптической микроскопии. На всех типах подложек растут кристаллы 3х форм огранки (объемная, пластинчатая, пирамидальная).