Ключевые слова

структурная биология, рентгеноструктурный анализ, криоэлектронная микроскопия, энзимология, структурно-функциональная характеристика белков и ферментов, металлоферменты, белки экстремофильных организмов, мышечная пластичность, ростовые факторы, биотехнологии

Направления исследований

• Структурно-функциональные исследования макромолекул
• Структурные исследования белков и сложных мультибелковых комплексов методами интегративной структурной биологии
• Структурно-функциональные исследования трансаминаз IV типа укладки PLP-связывающего домена
• Структурно-функциональные исследования металлоферментов
• Механизмы мышечной пластичности и роль мышечных ростовых факторов

Основные методы исследований

• Мы проводим все этапы структурно-функционального исследования макромолекул (белков и их комплексов) от поиска гена целевого белка до получения его 3D структуры, в т.ч.: клонирование и экспрессию; выделение, очистку и полную биохимическую и кинетическую характеристику; пробоподготовку (например, кристаллизацию в случае рентгеноструктурного анализа), получение и анализ пространственной структуры. При анализе пространственных структур мы дополнительно используем методы молекулярного моделирования и динамики
• Благодаря широким партнерским отношениям для выяснения структуры макромолекул и их комплексов помимо методов рентгеноструктурного анализа и (крио)электронной микроскопии мы используем и другие методы интегративной структурной биологии: малоугловое рентгеновское рассеяние и ЯМР
• Мы поддерживаем тесные партнерские отношения с НИЦ «Курчатовский институт», что открывает нам доступ к уникальной исследовательской инфраструктуре – источнику синхротронного излучения и одному из самых современных криоэлектронных микроскопов. В рамках Российско-японского сотрудничества мы получаем белковые кристаллы в условиях микрогравитации на Международной Космической Станции
• У нас налажена работа анаэробного бокса, оснащенного спектрофотометром и микроскопом, позволяющего проводить исследование кинетических и физико-химических свойств белков, чувствительных к кислороду, а также их кристаллизацию в бескислородных условиях. Наличие специального шлюза позволяет транспортировать выросшие кристаллы в дьюары с жидким азотом без потери анаэробности для последующего рентгеноструктурного анализа
• У нас налажено получение различных линий культур клеток человека и животных. Проводятся исследования морфологических и функциональных характеристик клеток микроскопическими методами (флуоресцентная микроскопия и др.)
• В лаборатории активно используются методы иммуноферментного анализа, налажено получение моноклональных антител
• Мы работаем с siRNA и mRNA. Умеем количественно определять mRNA с помощью полимеразной цепной реакции в реальном времени

Проекты лаборатории поддержаны грантами Министерства науки и высшего образования РФ, Российского Научного Фонда, Российского Фонда Фундаментальных Исследований, Госкорпорации «Роскосмос» и др.

Краткая история лаборатории
Лаборатория инженерной энзимологии была образована в 1991 году на базе временного научного коллектива «Структурно-функциональные исследования макромолекул». Лаборатория в своем настоящем виде сформировалась в 2002 году после того, как в ее состав был включен отдел ферментов микроорганизмов. В 2014 году в состав лаборатории был включен ряд сотрудников из других лабораторий Института биохимии им.А.Н.Баха.
В 2019 году лаборатория вошла в состав Отдела метаболической инженерии под руководством акад. В.О. Попова

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

1.     Структурно-функциональные исследования

За последние 10 лет мы депонировали в банк данных (www.rcsb.org) более 90 пространственных структур белков и их комплексов, полученных методами рентгеноструктурного анализа, криоэлектронной микроскопии и ЯМР.

В рамках данного направления, работы ведутся по следующим проектам:

1.1  Структурно-функциональные исследования металлоферментов

В рамках проекта выделены и охарактеризованы два восьмигемовых цитохрома с с высокой нитритредуктазной активностью (ONR, octaheme nitrite reductase) из галоалкалофильных сероокисляющих бактерий рода Thioalkalivibrio. Методом рентгеноструктурного анализа установлены структуры свободных форм ONR и их комплексов с субстратами и ингибиторами. Охарактеризована роль олигомерной структуры ONR в катализе и стабилизации молекулы.

Показано, что ONR обладают рядом уникальных свойств, которые позволяют выделить их в отдельное семейство восьмигемовых нитритредуктаз. Для исследования механизмов адаптации ферментов из семейства ONR к экстремальным условиям функционирования выделен и охарактеризован ONR из нейтрофильной негалофильной бактерии Geobacter ammonificans. Методом рентгеноструктурного анализа получена пространственная структура ONR из Geobacter ammonificans, проведен сравнительный анализ структур ONR из экстремофильных и неэкстремофильных бактерий.

Для исследования энергетического метаболизма галоалкалофильных бактерий рода Thioalkalivibrio отсеквенирован и аннотирован геном бактерии Tv. nitratireducens, получены и проанализированы транскриптомы и частичный протеом этой бактерии, выращенной в разных условиях. Совместно с лабораторией экологии и геохимической деятельности (д.х.н. Сорокин Д.Ю.) проводится структурно-функциональное исследование ферментов серного и азотного метаболизма бактерий рода Thioalkalivibrio. Выделены и охарактеризованы диссимиляторная сульфитредуктаза, флавоцитохром с сульфиддегидрогеназа, нитратредуктаза. Из бактерии Tv. paradoxus выделен и охарактеризован новый фермент – тиоцианатдегидрогеназа (TcDH). Показано, что TcDH катализирует неописанную ранее реакцию окисления тиоцианата до цианата и элементарной серы. Методами рентгеноструктурного анализа и ЭПР показано, что активный центр нового фермента содержит ранее неизвестный в бионеорганической химии медный кластер, содержащий три иона меди. Начато исследование механизма встраивания ионов меди в активный центр TcDH. Выделен и охарактеризован потенциальный переносчик ионов меди — медь-связывающий белок CopC. Показано, что гены гомологов TcDH содержатся в геномах не менее чем 50 бактерий разных родов и классов, включая бактерии, для которых не показано использование тиоцианата в метаболических процессах. Проводится структурно-функциональное исследование гомологов TcDH для установления потенциальной роли в метаболизме.

Совместно с Отделом биологии экстремофильных микроорганизмов и лабораторией систем молекулярного клонирования проводится работа по структурно-функциональной характеристике мультигемовых цитохромов с, вовлеченных во внеклеточный перенос электронов (ВПЭ) на нерастворимые субстраты в процессах респираторной металлоредукции у термофильных бактерий и архей. Впервые идентифицирован и охарактеризован 11-гемовый цитохром с — один из ключевых компонентов ВПЭ у грам-положительной термофильной бактерии – железоредуктора Сarboxydothermus ferrireducens. Определена его пространственная структура, идентифицирован домен, отвечающий за связывание целевого цитохрома с поверхностным S-слоем клеточной стенки. Показано, что цитохром обладает уникальным строением электрон-транспортной цепи.

1.2 Структурно-функциональные исследования трансаминаз IV типа укладки PLP-связывающего домена

В нашей лаборатории ведется исследование свойств трансаминаз из архей и бактерий. Трансаминазы (EC 2.6.1.Х) — пиридоксаль-5’-фосфат (PLP) зависимые трансферазы, которые катализируют обратимый стереоселективный перенос аминогруппы с аминосубстрата на кетон/кетокислоту/альдегид с получением хирального амина/аминокислоты и нового кетосоединения. Хиральные амины и соединения с хиральной аминогруппой представляют значительный интерес как потенциальные лекарственные средства (нейротрансмиттеры, анальгетики, антиаритмические и антидиабетические средства), так и как синтоны для органического синтеза и фармацевтической промышленности (предшественники коферментов, сложных липидов, алкалоидов). Во всех организмах трансаминазы являются ключевыми ферментами метаболизма аминокислот. Наши исследования сфокусированы на поиске и характеристике трансаминаз с необычной субстратной специфичностью, которые также отличаются стабильностью в экстремальных условиях и привлекательными для биотехнологии кинетическими характеристиками. Из достижений можно отметить получение структурно-функциональных характеристик трансаминаз разветвленных L-аминокислот из архей Thermoproteus uzoniensis, Vulcanisaeta moutnovskia, Geoglobus acetivorans, детальная характеристика трансаминаз IV типа укладки PLP-связывающего домена из термофильной бактерии Thermobaculum terrenum с новым типом субстратной специфичности, активной как с L-аминокислотами, так и с первичными R-аминами. Обнаружена исключительная устойчивость фермента в водно-органических смесях с содержанием растворителя до 50%. При этом нами показано, что добавление 15-20% диметилсульфоксида или метанола в реакционную смесь приводит к активации фермента при температурах реакции 50-60°С. В настоящее время ведутся исследования трансаминаз D-аминокислот из бактерий Haliscomenobacter hydrossis и Aminobacterium colombiense. Эти трансаминазы отличаются новым сайтом связывания субстратов D-аминокислот.

1.3  Структурные исследования белков и сложных мультибелковых комплексов

Лаборатория участвует в реализации ряда совместных исследований с ведущими научными коллективами страны. Для получения структурной информации мы используем методы современной интегративной биологии.

Некоторые проекты, реализуемые в настоящее время:

• Исследование архитектурных белков эукариот и формируемых ими мультибелковых комплексов (совместно с ИБГ РАН)
• Изучение флуоресцентных белков и белков на их основе – сенсоров для визуализации нейрональной активности in vivo и таймеров для in vivo визуализации и количественного определения продолжительности фаз клеточного цикла (в сотрудничестве с лабораторией нейронаук НИЦ «Курчатовский институт» и лабораторией генетически кодируемых молекулярных инструментов ИБХ РАН)
• Структурные исследования бактериофагов (в сотрудничестве с лабораторией вирусов микроорганизмов ФИЦ Биотехнологии РАН и Биологическим факультетом МГУ)
• Исследование структуры каротиноид-связывающих белков (совместно с группой белок-белковые взаимодействия ФИЦ Биотехнологии РАН)

 

2. Мышечные факторы роста

В рамках данного направления проводится изучение механизмов регуляции экспрессии ростовых факторов семейства ИФР-1 в скелетной мышце. Установлено, что из различных факторов клеточного стресса только гипертермия и ацидификация, т.е. факторы, сопровождающие интенсивное мышечное сокращение, стимулируют экспрессию МРФ. Показано, что глюкокортикоиды блокируют обнаруженный эффект стимуляции, что может служить одним из механизмов развития стероидной миопатии. Показано, что цАМФ активирует синтез системного ИФР-1 и механо-ростового фактора (МРФ) в мышечной ткани, тогда как длительное повышение концентрации иона Са²⁺ угнетает их экспрессию. Обнаружено, что освобождающиеся из поврежденных мышечных клеток миофибриллярные белки титин и миомезин стимулируют экспрессию МРФ и ИФР-1 в нормальных, неповрежденных клетках, запуская системы мышечной регенерации. Показано, что за проявление этой активности в составе миофибриллярных белков отвечают определенные фибронектиновые домены типа III и иммуноглобулиноподобные домены. Обнаружено, что домены каждого из двух типов имеют свои собственные рецепторы на мембране мышечных клеток, действующие через различные системы внутриклеточного сигналинга. Фибронектиновые домены типа III активируют систему Са²⁺ — Са²⁺/калмодулинзависимая протеинкиназа II, а иммуноглобулиноподобные домены – систему аденилатциклаза – цАМФ – протеинкиназа А. Выявлено, что домены титина и миомезина, стимулирующие экспрессию ростовых факторов, активируют и пролиферацию миобластов, причем через те же сигнальные системы. Обнаружено, что митогенный эффект миофибриллярных белков проявляется значительно сильнее в присутствии макрофагов.

Совместно с лабораторией оптимизации экспрессии генов создана дрожжевая система экспрессии механо-ростового фактора (МРФ). Полученный рекомбинантный белок обладает биологической активностью в системах in vitro и in vivo. Созданы высокочувствительные иммуноферментные системы детекции МРФ.

Созданы панели siРНК, ингибирующих экспрессию миостатина в клетках человека и мыши. Разработаны системы доставки данных siРНК в мышечные клетки.

Установлено, что ионы К⁺, освобождающиеся из скелетномышечной ткани в процессе интенсивного сокращения, стимулируют экспрессию МРФ и ИФР-1, причем эта стимуляция опосредована ионами Са²⁺. Показана, что МРФ и ИФР-1, секретируемые клетками в ответ на калиевую стимуляцию, активируют пролиферацию миобластов паракринным путём.

Обнаружено, что при воздействии глиикированного альбумина мышечные клетки секретируют такие воспалительные цитокины, как TNFa, IL-1b, IL-6 и CCL-2. В стимуляции задействованы такие сигнальные белки, как JNK, p38 MAPK, MEK1/2, Src,  фосфатидилинозитол-3-киназа, NF-kB и Ca²⁺/кальмодулин-зависимая протемн киназа II.

 

СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

№	ФИО	Ученая степень, звание	Должность	Место работы	Городской телефон	Внутренний телефон	E-mail
1	Попов Владимир Олегович	д.х.н., профессор, академик РАН	Научный руководитель/ зав. лабораторией	ИНБИ, корп. 2, комн. 204	(495) 952-34-41	169	vpopov@inbi.ras.ru
2	Бакунова Алина Константиновна	-	м.н.с., аспирант	ИНБИ, корп. 1, комн. 264	(495) 952-25-47	-	albakunova@mail.ru
3	Безсуднова Екатерина Юрьевна	д.х.н.	с.н.с.	ИНБИ, корп. 1, комн. 264	(495) 952-25-47	-	eubez@inbi.ras.ru
4	Бойко Константин Михайлович	к.б.н.	с.н.с.	ИНБИ, корп. 5, комн. 202	(495) 660-34-30	442	kmb@inbi.ras.ru
5	Бояринцева Татьяна Вячеславовна	-	инженер	ИНБИ, корп. 2, комн. 216	-	-	t.boyarintseva@gmail.com
6	Бурцева Анна Дмитриевна	-	лаборант	ИНБИ, корп. 1, комн. 246	-	-	a.burtseva@fbras.ru
7	Варфоломеева Лариса Александровна	-	м.н.с., аспирант	ИНБИ, корп. 2, комн. 317	-	-	larisaavarfolomeeva@gmail.com
8	Дергоусова Наталья Ивановна	к.х.н.	н.с.	ИНБИ, корп. 2, комн. 216	(495) 952-87-99	-	natd2002@mail.ru
9	Загустина Наталья Алексеевна	к.б.н.	с.н.с.	ИНБИ, корп. 4, комн. 2	(495) 952-02-43	112, 168	zagust@inbi.ras.ru
10	Матюта Илья Олегович	-	лаборант	ИНБИ, корп. 1, комн. 246	-	-	i.matyuta@fbras.ru
11	Николаева Алена Юрьевна	-	м.н.с.	ИНБИ, корп. 1, комн. 246	(495) 952-36-81	-	aishome@mail.ru
12	Сафонова Татьяна Николаевна	к.х.н.	И.о. с.н.с.	ИНБИ, корп. 1, комн. 246	(495) 952-36-81	-	tn_safonova@inbi.ras.ru
13	Соловьева Анастасия Юрьевна	-	м.н.с., аспирант	ИНБИ, корп. 2, комн. 317	-	-	nastya.soloveva1@yandex.ru
14	Тихонова Тамара Викторовна	к.х.н.	с.н.с., зам. зав. лабораторией	ИНБИ, корп. 2, комн. 216	(495) 952-87-99	-	ttikhonova@inbi.ras.ru
15	Устинникова Татьяна Борисовна	к.б.н.	с.н.с.	ИНБИ, корп. 1, комн. 246	(495) 952-36-81	-	tustinn@inbi.ras.ru
16	Чепурко Владислав Геннадьевич		м.н.с.	ИНБИ, корп. 1
17	Шилова Софья Александровна	-	м.н.с.	ИНБИ, корп. 1, комн. 264	(495) 952-25-47	-	zavyalovasonya@yandex.ru​
18	Шипков Николай Сергеевич	-	м.н.с., аспирант	ИНБИ, корп. 2, комн. 224	-	-	shipkov1995@yandex.ru

 

УНИКАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

№	Название оборудования/ коллекции	Место нахождения
1	Анаэробный бокс, оснащенный спектрофотометром для проведения кинетического анализа белков в бескислородных условиях и микроскопом для контроля процесса роста белковых кристаллов в бескислородных условиях	ИНБИ, корп. 2, комн. 226
2	Кристаллизационная комната, оснащенная кристаллизационным роботом Douglas Oryx4, двумя инкубаторами для кристаллизации белков при разных температурах и поляризационным микроскопом для контроля за процессом роста и качеством белковых кристаллов	ИНБИ, корп. 2, комн. 226
3	Хроматографический холодильник, оснащенный хроматографом низкого давления, для выделения белков при низких температурах	ИНБИ, корп. 2, комн. 317
4	Хроматографы высокого давления, оснащенные набором колонок для выделения и очистки белков	ИНБИ, корп. 1, комн. 265, 317
5	Прибор CFX96 RT System (BioRad ) для проведения ПЦР в режиме реального времени. Метод позволяет измерять экспрессию различных генов на уровне мРНК. В лаборатории используется для изучения экспрессии факторов роста и дифференцировки мышечной ткани	ИНБИ, корп. 2. комн. 216
6	Флуоресцентный микроскоп DMLB (Leica) используется для флуоресуцентной микроскопии. Метод позволяет визуализовать локализацию изучаемых макромолекул во внутриклеточных компартментах. В лаборатории используется для изучения направленного транспорта молекул siРНК в мышечные клетки	ИНБИ, корп. 2, комн. 138
7	Бокс для работы с культурами клеток млекопитающих	ИНБИ, корп. 2. комн. 325

 

№	Регистрационный номер	Тип	Название	Авторы	Заявитель/ патентообладатель	Дата приоритета	Дата публикации
1	125449	Патент на изобретение РФ	Устройство для отбора пробы слезной жидкости	Попов В.О., Липкин А.В., Панкратов Д.В., Зейфман Ю.С., Шлеев С. В., Андоралов В.М.	Курчатовский институт	24.10.12	10.03.13
2	2509154	Патент на изобретение РФ	Рекомбинантная плазмида pHisTevTSIB0821, трансформированный ею штамм Escherichia coli Rosetta (DE3)/pHisTevTSIB0821 и способ получения рекомбинантной пролизады TSIB_0821	Попов В.О., Фатеева Т.В., Юдкина О.В., Корженевский Д.А., Ракитина Т.В., Черкашина А.С., Слуцкая Э.С., Липкин А.В.	Курчатовский институт	16.10.12	10.03.14
3	2537555	Патент на изобретение РФ	Корм сухой полнорациональный для собак крупных пород сбалансированного аминокислотного состава с доказанными био-функциональными свойствами (варианты)	Королева О.В., Лисицкая К.В., Николаев И.В., Торкова А.А., Попов В. О., Лаптев Г.Ю., Никонов И.Н.	ФИЦ Биотехнологии РАН	09.10.12	20.04.14
4	2495509	Патент на изобретение РФ	Способ получения композитного материала для электрода суперконденсатора. Изобретение к патенту	Попов В.О., Липкин А.В., Ярополов А.И., Шумакович Г.П., Морозова О.В., Панкратов Д.В., Васильева И.С., Зейфман Ю.С., Отрохов Г.В.	Курчатовский институт	23.07.12	10.10.13
5	2413422	Патент на изобретение РФ	Способ производства кормовой белковой добавки с высокой усвояемостью из перо-пухового сырья для домашних животных и птицы на основе кратковременной температурной обработки	Бреннер В.В., Волик В.Г., Исмаилова Д.Ю., Петровичев В.А., Попов В.О., Мазур В.М., Черноусов В.И.	ООО «РОСАНА»	16.10.09	10.03.11
6	2413766	Патент на изобретение РФ	Термостабильная алкогольдегидрогеназа из археи Thermococcus sibricus	Безсуднова Е.Ю., Бонч-Осмоловская Е.А., Гумеров В.М., Марданов А.В., Попов В.О., Равин Н.В., Скрябин К.Г., Стеханова Т.Н.	ФИЦ Биотехнологии РАН	16.10.09	10.03.11
7	2393228	Патент на изобретение РФ	Способ получения пищевых волокон	Попов В.О., Терёшина В.М., Меморская А.С., Феофилова Е.П., Королева О.В., Гальченко В.Ф.	ФИЦ Биотехнологии РАН	25.07.08	27.06.10
8	2361918	Патент на изобретение РФ	Штамм мицелиального гриба Penicillium verruculosum – Продуцент комплекса целлюлаз, ксилланазы и ксилоглюканазы для гидролиза целлюлозы и гемицеллюлозы.	Синицын А.П., Окунев О.Н., Черноглазов В.М., Синицына О.А., Попов В.О.	ФИЦ Биотехнологии РАН	26.02.08	20.07.09
9	2344173	Патент на изобретение РФ	Кассета и рекомбинантная плазмида для экспрессии и секреции механозависимого фактора роста человека (MGF), штамм Saccharomyces cerevisiae- продуцент MGF и способ получения MGF	Керученько Я.С., Хотченков В.П., Попов В.О., Морозкина Е.В., Марченко А.Н., Беневоленский С.В.	ФИЦ Биотехнологии РАН	27.10.06	20.01.09

 

По направлению «Металлоферменты»:

1. Tikhonova TV, Osipov EM, Dergousova NI, Boyko KM, Elizarov IM, Gavrilov SN, Khrenova MG, Robb FT, Solovieva AY, Bonch-Osmolovskaya EA, Popov VO. Extracellular Fe(III) reductase structure reveals a modular organization enabling S-layer insertion and electron transfer to insoluble substrates. Structure (2023) 31:1–11. doi.org/10.1016/j.str.2022.12.010.

2. Britikov VV, Bocharov EV, Britikova EV, Dergousova NI, Kulikova OG, Solovieva AY, Shipkov NS, Varfolomeeva LA, Tikhonova TV, Timofeev VI, Shtykova EV, Altukhov DA, Usanov SA, Arseniev AS, Rakitina TV, Popov VO. Unusual Cytochrome c552 from Thioalkalivibrio paradoxus: Solution NMR Structure and Interaction with Thiocyanate Dehydrogenase. Int J Mol Sci. (2022) 23:9969. doi: 10.3390/ijms23179969.

3. Gavrilov SN, Zavarzina DG, Elizarov IM, Tikhonova TV, Dergousova NI, Popov VO, Lloyd JR, Knight D, El-Naggar MY, Pirbadian S, Leung KM, Robb FT, Zakhartsev MV, Bretschger O, Bonch-Osmolovskaya EA. Novel Extracellular Electron Transfer Channels in a Gram-Positive Thermophilic Bacterium. Front. Microbiol. (2021) 11:597818. doi: 10.3389/fmicb.2020.597818.

4. Andoralov V, Shleev S, Dergousova N, Kulikova O, Popov V, Tikhonova T. Octaheme nitrite reductase: The mechanism of intramolecular electron transfer and kinetics of nitrite bioelectroreduction. Bioelectrochemistry (2021) 138:107699. doi: 10.1016/j.bioelechem.2020.107699.

5. Tikhonova TV, Sorokin DY, Hagen WR, Khrenova MG, Muyzer G, Rakitina TV, Shabalin IG, Trofimov AA, Tsallagov SI, Popov VO. Trinuclear copper biocatalytic center forms an active site of thiocyanate dehydrogenase. Proc Natl Acad Sci U S A. (2020) 117:5280-5290.

6. Tsallagov SI, Sorokin DY, Tikhonova TV, Popov VO, Muyzer G. Comparative Genomics of Thiohalobacter thiocyanaticus HRh1T and Guyparkeria sp. SCN-R1, Halophilic Chemolithoautotrophic Sulfur-Oxidizing Gammaproteobacteria Capable of Using Thiocyanate as Energy Source. Front Microbiol. (2019) 10:898.

7. Osipov EM, Lilina AV, Tsallagov SI, Safonova TN, Sorokin DY, Tikhonova TV, Popov VO. Structure of the flavocytochrome c sulfide dehydrogenase associated with the copper-binding protein CopC from the haloalkaliphilic sulfur-oxidizing bacterium Thioalkalivibrio paradoxusARh 1. Acta Crystallogr D Struct Biol. (2018) 74:632-642.

8. Scheiblbrandner S, Breslmayr E, Csarman F, Paukner R, Führer J, Herzog PL, Shleev SV, Osipov EM, Tikhonova TV, Popov VO, Haltrich D, Ludwig R, Kittl R. Evolving stability and pH-dependent activity of the high redox potential Botrytis aclada laccase for enzymatic fuel cells. Sci Rep. (2017) 7:13688.

9. Doyle R.M., Marritt S.J., Gwyer J.D., Lowe T.G., Tikhonova T.V., Popov V.O., Cheesman M.R., Butt J.N. Contrasting catalytic profiles of multiheme nitrite reductases containing CxxCK heme-binding motifs. J. Biol. Inorg. Chem. (2013) 18:655-667.

10. Tamara V Tikhonova, Konstantin M Polyakov, Konstantin M Boyko, Tatiana N Safonova, Vladimir O Popov Octaheme cytochrome c nitrite reductase. in Handbook of Metalloproteins, ed A. Messerschmidt, John Wiley: Chichester. (2010) DOI: 10.1002/0470028637.met276.

 

По направлению «Структурные исследования белков и сложных мультибелковых комплексов»:

1. Yury B. Slonimskiy; Andrey O. Zupnik; Larisa A. Varfolomeeva; Konstantin M. Boyko; Eugene G. Maksimov, Nikolai N. Sluchanko «A primordial Orange Carotenoid Protein: structure, photoswitching activity and evolutionary aspects», 2022, IJMS, 222 (2022) 167–180. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2022.09.131

2. Nikolai Sluchanko, Yury Slonimskiy, Nikita Egorkin, Larisa Varfolomeeva, Sergei Kleymenov, Mikhail Minyaev, Yaroslav Faletrov, Anastasia Moysenovich, Evgenia Parshina, Thomas Friedrich, Eugene Maksimov, Konstantin Boyko, Vladimir Popov, «Structural basis for the carotenoid binding and transport function of a START domain» // Structure, 2022, S0969-2126(22)00396-3. doi: 10.1016/j.str.2022.10.007

3. Artem N. Bonchuk, Konstantin M. Boyko, Alena Y. Nikolaeva, Anna D. Burtseva, Vladimir O. Popov and Pavel G. Georgiev «Structural Insights Into Highly Similar Spatial Organization of Zinc-Finger Associated Domains (ZAD) With a Very Low Sequence Similarity» // Structure, 2022, accepted.

4. Oksana M. Subach, Anna V. Vlaskina, Dmitry E. Petrenko, Filipp A. Gaivoronskii, Alena Y. Nikolaeva, Olga I. Ivashkina, Maria G. Khrenova, Konstantin V. Anokhin, Vladimir O. Popov, Konstantin M. Boyko and Fedor V. Subach «The mRubyFT protein, Genetically Encoded Blue-to-Red Fluorescent Timer» // International Journal of Molecular Sciences. 2022, 23, 3208. https://doi.org/10.3390/ijms23063208.

5. Marat Sabirov, Anastasia Popovich, Konstantin M. Boyko, Alena Nikolaeva, Olga Kyrchanova, Oksana Maksimenko, Vladimir O. Popov, Pavel Georgiev, Artem Bonchuk «Mechanisms of CP190 interaction with architectural proteins in Drosophila melanogaster» // International Journal of Molecular Sciences. 2021, 22, 12400. https://doi.org/10.3390/ijms222212400.

6. Oksana M. Subach, Anna V. Vlaskina, Yuliya K. Agapova, Pavel V. Dorovatovskii, Alena Y. Nikolaeva, Olga I. Ivashkina, Vladimir O. Popov, Kiryl D. Piatkevich, Maria G. Khrenova, Tatiana A. Smirnova, Konstantin M. Boyko, and Fedor V. Subach «LSSmScarlet, dCyRFP2s, dCyOFP2s and CRISPRed2s, Genetically Encoded Red Fluorescent Proteins with a Large Stokes Shift» // International Journal of Molecular Sciences. 2021, 22, 12887. https://doi.org/10.3390/ijms222312887.

7. Artem Bonchuk, Konstantin Boyko, Anna Fedotova, Alena Nikolaeva, Sofya Lushchekina, Anastasia Khrustaleva, Vladimir Popov and Pavel Georgiev “Structural basis of diversity and homodimerization specificity of zinc-finger-associated domains in Drosophila” Nucleic Acids Research, 2021, 49(4):2375-2389. doi: 10.1093/nar/gkab061.

8. Natalia V. Barykina, Vladimir P. Sotskov, Anna M. Gruzdeva, You Kure Wu, Ruben Portugues, Oksana M. Subach, Elizaveta S. Chefanova, Viktor V. Plusnin, Olga I. Ivashkina, Konstantin V. Anokhin, Anna V. Vlaskina, Alena Y. Nikolaeva, Konstantin M. Boyko, Tatiana V. Rakitina, Anna M. Varizhuk, Galina E. Pozmogova, and Fedor V. Subach «FGCaMP7, an improved version of fungi-based ratiometric calcium indicator for in vivo visualization of neuronal activity» International Journal of Molecular Sciences. 2020, 21(8). pii:E3012.

9. Oksana M. Subach, Vladimir P. Sotskov, Viktor V. Plusnin, Anna M. Gruzdeva, Natalia V. Barykina, Olga I. Ivashkina, Konstantin V. Anokhin, Alena Y. Nikolaeva, Dmitry A. Korzhenevskiy, Anna V. Vlaskina, Vladimir A. Lazarenko, Konstantin M. Boyko, Tatiana V. Rakitina, Anna M. Varizhuk, Galina E. Pozmogova, Oleg V. Podgorny, Kiryl D. Piatkevich, Edward S. Boyden, Fedor V. Subach “Novel genetically encoded bright positive calcium indicator NCaMP7 based on the mNeonGreen fluorescent protein”, 2020, International Journal of Molecular Sciences, 21(5). pii: E1644. doi: 10.3390/ijms21051644.

10. Konstantin M. Boyko, Timur N Baymukhametov, Yury M Chesnokov, Michael Hons, Sofya V Lushchekina, Petr V Konarev, Alexey V Lipkin, Alexandre L Vasiliev, Ph.D. Patrick Masson, Vladimir O Popov, Michail V Kovalchuk 3D structure of the natural tetrameric form of human butyrylcholinesterase as revealed by cryoEM, SAXS and MD Biochimie. (2019) 156, 196-205 https://doi.org/10. 1016/j.biochi.2018.10.017.

 

По направлению «Структурно-функциональные исследования трансаминаз для применения в стереоселективном аминировании органических соединений»:

1.Bakunova AK, Kostyukov AA, Kuzmin VA, Popov VO, Bezsudnova EY. Mechanistic aspects of the transamination reactions catalyzed by D-amino acid transaminase from Haliscomenobacter hydrossis.Biochim Biophys Acta Proteins Proteom. 2023 Feb 1;1871 (2)

2. Bakunova AK, Isaikina TY, Popov VO, Bezsudnova EY Asymmetric Synthesis of Enantiomerically Pure Aliphatic and Aromatic D-Amino Acids Catalyzed by Transaminase from Haliscomenobacter hydrossis. Catalysts 2022, 12(12), 1551.

3. Bakunova AK, Nikolaeva AY, Rakitina TV, Isaikina TY, Khrenova MG, Boyko KM, Popov VO, Bezsudnova EY. The Uncommon Active Site of D-Amino Acid Transaminase from Haliscomenobacter hydrossis: Biochemical and Structural Insights into the New Enzyme. Molecules. 2021 Aug 20;26 (16):5053. doi: 10.3390/molecules26165053.

4.Bezsudnova EY, Nikolaeva AY, Bakunova AK, Rakitina TV, Suplatov DA, Popov VO, Boyko KM. Probing the role of the residues in the active site of the transaminase from Thermobaculum terrenum. PLoS One. 2021 Jul 29;16 (7):e0255098. doi: 10.1371/journal.pone.0255098. eCollection 2021.

5. Ekaterina Yu. Bezsudnova, Vladimir O. Popov and Konstantin M. Boyko “Structural insight into the substrate specificity of PLP fold type IV transaminases” Applied Microbiology and Biotechnology, 2020, doi: 10.1007/s00253-020-10369-6.

6.Michail N. Isupov, Konstantin M. Boyko, Jan-Moritz Sutter, Paul James, Christopher Sayer, Marcel Schmidt, Peter Schoenheit, Alena Yu. Nikolaeva, Tatiana N. Stekhanova, Andrey V. Mardanov, Nikolai V. Ravin, Ekaterina Yu. Bezsudnova, Vladimir O. Popov and Jennifer A. Littlechild “Thermostable Branched-Chain Amino Acid Transaminases From the Archaea Geoglobus acetivorans and Archaeoglobus fulgidus: Biochemical and Structural Characterization” Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2019, Volume 7, article 7, doi: 10.3389/fbioe.2019.00007.

7. Ekaterina Yu. Bezsudnova, Konstantin M. Boyko, Alena Yu. Nikolaeva, Yulia S. Zeifman, Dmitry A. Suplatov, Tatiana V. Rakitina, and Vladimir O. Popov «Biochemical and structural insights into PLP fold type IV transaminase from Thermobaculum terrenum», Biochemie, 2018, 158:130-138.

8. Ekaterina Yu. Bezsudnova, Tatiana N. Stekhanova, Anna V. Popinako, Tatiana V. Rakitina, Alena Yu. Nikolaeva, Konstantin M.Boyko and Vladimir O. Popov Diaminopelargonic acid transaminase from Psychrobacter cryohalolentis is active towards (S)-(-)-1-phenylethylamine, aldehydes and α-diketones. Appl. Microbiol. Biotechnol. (2018) DOI: 10.1007/s00253-018-9310-0.

9. Bezsudnova, Ekaterina Yu.; Dibrova, Daria V.; Nikolaeva, Alena Yu.; Rakitina Tatiana V., Popov Vladimir O. Identification of branched-chain amino acid aminotransferases active towards (R)-(+)-1-phenylethylamine among PLP fold type IV transaminases. J. of Biotechnology (2018) 271: 26-28. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2018.02.005.

10. Konstantin Boyko, Tatiana Stekhanova, Alena Nikolaeva, Andrey V. Mardanov, Andrey L. Rakitin, Nikolai V. Ravin, Ekaterina Bezsudnova and Vladimir Popov «First structure of archaeal branched-chain amino acid aminotransferase from Thermoproteus uzoniensis specific for L-amino acids and R-amines» Extremophiles (2016) 20(2), 215–225.

 

По направлению «Мышечные факторы роста»:

1. Kravchenko IV, Furalyov VA, Popov VO. Glycated albumin stimulates expression of inflammatory cytokines in muscle cells. Cytokine. 2020 Apr;128:154991. doi: 10.1016/j.cyto.2020.154991.

2. Lednev EM, Kravchenko IV, Furalyov VA, Lysenko EA, Lemesheva IS, Grushin AA, Dubrov VE, Vinogradova OL, Popov DV. Effect of amino acids on IGF1 gene expression in human myotubes and skeletal muscle. Growth Horm IGF Res. 2020 Aug-Oct;53-54:101323.  doi: 10.1016/j.ghir.2020.101323.

3. Kravchenko IV, Furalyov VA, Popov VO. Potassium chloride released from contracting skeletal muscle may stimulate development of its hypertrophy. Biochemistry and Biophysics Reports. 2019; v. 18: 100627.

4. Kravchenko I.V., Furalyov V.A., Popov V.O. Specific titin and myomesin domains stimulate myoblast proliferation. Biochemistry and Biophysics Reports (2016) 9, 226–231.

5. Kravchenko IV, Furalyov VA, Chatziefthimiou S, Wilmanns M, Popov VO. «Induction of insulin-like growth factor 1 splice forms by subfragments of myofibrillar proteins» Mol Cell Endocrinol (2015) v. 399, p. 69–77.

6. Kravchenko I.V., Furalyov V.A., Popov V.O. «Stimulation of mechano-growth factor expression by myofibrillar proteins in murine myoblasts and myotubes» Molecular and cellular biochemistry (2012) v.363, N1-2, p.347-355.

7. Kravchenko I.V., Furalyov V.A., Lisitsina E.S., Popov V.O. «Stimulation of mechano-growth factor expression by second messengers» Archives of biochemistry and biophysics (2011) v. 507, N2, p. 323-331.

8. Фуралёв В.А., Кравченко И.В., Попов В.О. «Малые интерферирующие РНК к гену миостатина человека» Молекулярная биология (2009) 43, 4, 636-641.

9. Kravchenko IV, Furalyov VA, Khotchenkov VP, Popov VO. «Hyperthermia and acidification stimulate mechano-growth factor synthesis in murine myoblasts and myotubes» Biochemical and Biophysical Research Communications (2008) v. 375, p. 271-274.

10. Kravchenko I.V., Furalyov V.A., Khotchenkov V.P., Popov V.O. «Monoclonal Antibodies to Mechano-growth Factor» Hybridoma (2006) v. 25, N 5, 300-305.

№ пп	Фонд/ программа	Акроним	Наименование проекта на английском языке	Наименование проекта на русском языке	Период проведения работ	Страны-участницы	Сайт проекта
1.	Седьмая Рамочная Программа Европейского Сообщества	Prospare	PROgress in Saving Protein And Recovering Energy	ПРОгресс в Сохранении Протеинов и Восстановлении Энергии	2008-2011	Россия, Италия, Бельгия	http://www.prospare.eu/
2.	The ERA.Net RUS	Thermogene	Novel thermostable enzymes for industrial biotechnology	Новые термостабильные ферменты для промышленной биотехнологии	2013-2016	Великобритания, Германия, Норвегия, Россия
3.	Российское Космическое Агентство/Японское космическое агентство	Кристаллизатор		Проведение Космического Эксперимента «Кристаллизатор» на аппаратуре «JAXA-PCG»	2009-2024	Россия, Япония
4.	ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 — 2020 годы»		Structural studies of the proteins controlling genome architecture and gene expression of the eucariots using ESRF facilities	Исследование пространственной структуры белков, контролирующих архитектуру генома и регуляцию экспрессии генов у эукариот, с использованием возможностей Европейского центра синхротронного излучения	2015	Россия, Франция
5.	ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 — 2020 годы»	Laseromix	Research and development for biological XFEL experiments	Разработка научных основ применения рентгеновских лазеров на свободных электронах для биологических исследований	2014-2017	Россия, Германия	http://www.embl-hamburg.de/Laseromix/

 

В рамках работ по структурным исследованиям лаборатория сотрудничает с ведущими международными научными центрами, работающими в области структурной биологии: EMBL (Гамбург, Германия), ESRF (Гренобль, Франция), Spring8 (Хиого, Япония), BESSY (Берлин, Германия), Argone (Чикаго, США).

В рамках работ по направлению «Мышечные факторы роста» лаборатория сотрудничает с группой М.Вильманса (EMBL, Гамбург, Германия)

 

№	Диссертант	Диссертация	Тема работы	Научный руководитель/ консультант	Год защиты
1	Хоменков В.Г.	кандидатская	Использование методов геносистематики для изучения видового состава и метаболического потенциала микроорганизмов-деструкторов ароматических ксенобиотиков	Попов В.О.	2005
2	Бойко К.М.	кандидатская	Структурно-функциональные исследования цитохром с нитритредуктазы из галоалкалофильной бактерии Thioalkalibrionitratireducens	Попов В.О.	2006
3	Садыхов Э.Г.	кандидатская	Получение, термостабильность и структурные исследования формиатдегидрогеназы из различных источников	Попов В.О.	2007
4	Слуцкий А.С.	кандидатская	Исследование каталитических свойств мультигемовой нитритредуктазы из галоалкалофильной бактерии Thioalkalibrio nitratereducens	Попов В.О.	2008
5	Шабалин И.Г.	кандидатская	Структурное исследование НАД-зависимых формиатдегидрогеназ из различных организмов	Попов В.О.	2010
6	Трофимов А.А.	кандидатская	Структуры комплексов восьмигемовой цитохром С нитритредуктазы из Thioalkalibrio nitratereducens с субстратами, продуктами и ингибиторами	Попов В.О.	2011
7	Тихонов А.В.	кандидатская	Восьмигемовые нитритредуктазы из галоалкалофильных бактерий рода Thioalkalibrio: каталитические свойства, структура, механизм адаптации	Попов В.О.	2012
8	Зейфман Ю.С.	кандидатская	Нанобиокомпозитные материалы с использованием оксидоредуктаз: получение, свойства и применение	Попов В.О.	2013
9	Осипов Е.М.	кандидатская	Структурно‐функциональная характеристика хлорид‐резистентной лакказы из Botrytis aclada	Попов В.О.	2017
10	Безсуднова Е.Ю.	докторская	Взаимосвязь структуры и функции ферментов из термофильных организмов на примере дегидрогеназ и трансаминаз	Попов В.О.	2022

 

• Получение пространственных структур белков и белковых комплексов

Знания о пространственной структуре макромолекул незаменимы при исследовании на современном уровне механизмов функционирования сложных биологических комплексов, ответственных за большинство процессов в живой клетке, разработке новых биокатализаторов и фармпрепаратов.

Мы оказываем услуги по установлению 3D структуры белков и их комплексов. Объекты для исследования могут представлять собой как очищенные (частично очищенные) препараты, так и гены целевых белков. Основным используемым методом исследования является наиболее широко применимый в настоящее время метод рентгеноструктурного анализа. В то же время в зависимости от поставленных задач могут быть привлечены другие методы структурного исследования: малоугловое рентгеновское рассеяние, криоэлектронная микроскопия, ЯМР-спектроскопия.

Для проведения структурных исследований используется широкий спектр современного оборудования. В процессе исследования могут быть задействованы возможности партнерских центров, работающих в области структурных исследований.

Результатом выполненных работ является уточненная пространственная структура исследуемого объекта. По желанию может быть проведен детальный анализ полученных структурных данных.

Работы могут выполняться как на безвозмездной (совместные публикации), так и на возмездной основе. Стоимость работ зависит от их сложности и оценивается индивидуально.

 

№	Сотрудники	Вид премии/ награды	Наименование премии/ награды	Год присуждения
1	Попов В.О.	Медаль ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени	За вклад в развитие науки и многолетнюю добросовестную работу	2022
2	Бойко К.М. Попов В.О.	Премия журнала Biochimie за лучшую статью года (Article of the Year Award)	За статью «3D structure of the natural tetrameric form of human butyrylcholinesterase as revealed by cryoEM, SAXS and MD»	2019
3	Попов В.О.	Избран действительным членом Российской академии наук	—	2019
4	Попов В.О.	Премия имени Е.С. Федорова (премия РАН)	За цикл работ «Структурная биология макромолекул, значимых для биотехнологии и медицины»	2018
5	Попов В.О. (соавторы — Савицкий А.П., Савицкая А.В.​ , Садыхов Э.Г., Жученко Л.А., Ходунова А.А., Байков А.Д., Дзантиев Б.Б., Бызова Н.А., Жердев А.В.)	Премия Правительства Российской Федерации 2010 года в области науки и техники	За создание и внедрение в отечественную практику биотехнологических методов анализа для решения социально значимых задач неонатального скрининга, контроля наркопотребления и безопасности продуктов питания	2011
6	Попов В.О., Загустина Н.А., Жуков В.Г. (соавторы — Безбородов А.М., Курлович А.Е., Рогожин И.С., Улезло И.В., Копылов В.Н., Орлов А.Е., Растегаев А.Г., Галецкий А.В., Пискунов М.В., Ушакова Н.А.)	Премия Правительства Российской Федерации 1997 года в области науки и техники	За создание технологии биологической очистки воздуха от техногенных выбросов летучих органических соединений	1997
7	Попов В.О., Тихонова Т.В.	Премия Международной академической издательской компании «Наука/Интерпериодика»	За лучшую публикацию в журналах РАН	2008
8	Бойко К.М.	Стипендия Президента Российской Федерации	За работу «Структурная характеристика белков, перспективных для применения в биомедицине и промышленной биотехнологии»	2012 (на 3 года)
9	Бойко К.М.	Стипендия им. В.Л. Кретовича	За работу «Структурное исследование цитохром с нитритредуктазы из экстремофильной бактерии Thioalkalivibrio nitratireducens»	2005