|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Биоинформатический анализ суперсемейств белков для поиска и характеристики функциональных и регуляторных центров связывания лигандовНИР
Bioinformatic analysis of protein superfamilies for search and characterization of functional and regulatory ligand binding sites
- Руководитель НИР: Суплатов Д.А.
- Ответственные исполнители: Злобин А.С., Копылов К.Е., Николаева Д.Д., Шарапова Я.А.
- Подразделение: Факультет биоинженерии и биоинформатики
- Срок исполнения: 1 января 2017 г. - 31 декабря 2017 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 16-34-01157_мол_а
- Номер ЦИТИС: АААА-А16-116020410119-0
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Разработка методов биоинформатики для геномики и протеомики
- ПН России: Науки о жизни
- Направление технологического прорыва России: Медицинские технологии и лекарственные средства
-
Рубрики ГРНТИ:
- 62.99.31 Белковая инженерия
-
Ключевые слова:
лактатдегидрогеназы, каталитические и аллостерические сайты, суперсемейства белков, биоинформатический анализ, регуляторные лиганды, map-киназы
bioinformatic analysis, protein superfamily, map-kinase, lactate dehydrogenase, regulatory ligands, catalytic and allosteric sites -
Описание:
Установление связи между структурной организацией белков и их функциональными свойствами представляет одну из фундаментальных проблем современной биохимии. В течение длительного времени изучение свойств ферментов ограничивалось характеристикой только их каталитических центров. Однако экспериментальные исследования последних лет и рост публичных баз данных об эволюционно родственных белках позволяют говорить об аллостерии как о широко распространенном явлении. В связи с этим, поиск ранее неизвестных участков связывания и характеристика аллостерических участков в структурах белков, изучение их роли в функционировании ферментов, а также анализ взаимосвязи структуры и функции различных сайтов в рамках одного суперсемейства представляет фундаментальный и практический интерес. Широкие возможности для решения этой задачи представляют методы биоинформатики и молекулярного моделирования, эффективность которых в последнее время постоянно растет в связи с развитием суперкомпьютерных технологий. В предлагаемом проекте будет разработан оригинальный комплексный подход, основанный на интеграции различных компьютерных методов. Методы структурной биологии и биоинформатического анализа больших суперсемейств будут использованы для выявления как общих черт, так и особенностей организации активных и аллостерических центров, а также ранее неизвестных участков связывания, способных взаимодействовать с регуляторными молекулами, в структурах гомологичных белков человека, животных, и бактерий. Методы биоинформатики будут использованы для установления функциональной значимости участков связывания, критерием которого будет являться обогащение сайтов аминокислотными остатками, ответственными в суперсемействах ферментов за функциональное разнообразие, методы молекулярного моделирования - для изучения механизмов селективного распознавания низкомолекулярных соединений различными сайтами и взаимодействия между различными участками связывания. Будет разработано соответствующее программное обеспечение, создаваемый комплексный подход будет применен для характеристики участков связывания, а также молекулярных механизмов эволюции их специфичности и взаимодействия в двух суперсемействах ключевых ферментов метаболизма человека, животных и микроорганизмов - МAP-киназах и лактатдегидрогеназах.
- Добавил в систему: Рыжонкина Людмила Николаевна
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Биоинформатический анализ суперсемейств белков для поиска и характеристики функциональных и регуляторных центров связывания лигандов |
| Результаты этапа: Оригинальная комплексная методология была применена для характеристики участков связывания в структурах ферментов различных суперсемейств – МАР-киназ и родственных серин/треонин-специфичных протеинкиназ; лактатдегидрогеназ; PLP-зависимых ферментов IV типа. Методы биоинформатического анализа структурно-опосредованных выравниваний больших репрезентативных выборок белков суперсемейства были использованы для выявления общих черт и особенностей организации активных и аллостерических центров, а также для аннотации ранее неизвестных участков связывания, способных взаимодействовать с регуляторными молекулами, в структурах гомологичных белков. Методы молекулярного моделирования были использованы для поиска перспективных модуляторов активности выбранных ферментов, комплементарных новым сайтам, охарактеризованным с использованием биоинформатического анализа, а также для изучения/уточнения механизмов селективного ингибирования ферментов низкомолекулярными соединениями. Охарактеризованы новые участки связывания лигандов в структуре ферментов МAP-киназ. С использованием молекулярного моделирования показано, что ингибитор II типа дорамапимод способен связываться в аллостерическом центре p38α MAP-киназы человека даже в закрытой конформации активационной петли DFG-in, в то время как раньше считалось, что связывание происходит только в открытой конформации DFG-out. Это позволило сделать вывод о том, что при разработке эффективных ингибиторов II типа MAP-киназ и родственных белков необходимы новые подходы: оптимизация как начального распознавания лиганда в состоянии DFG-in, так и конечного связывания в состоянии DFG-out. Охарактеризованы новые участки связывания лигандов в структуре ключевого фермента метаболизма лактатдегидрогеназы, содержащие статистически достоверные специфические позиции, которые различаются в белках человека, животных и различных патогенных бактерий. С использованием молекулярного моделирования и компьютерного скрининга больших библиотек низкомолекулярных соединений проведён поиск наиболее перспективных лигандов, способных селективно связываться в обнаруженных сайтах в структуре MAP-киназы и лактатдегидрогеназы и модулировать их активность. Обнаружен и охарактеризован ранее неизвестный участок связывания в структуре активного центра ряда PLP-зависимых ферментов IV типа, названный нами «С-карман». Описан механизм необычной субстратной специфичности трансаминазы из Thermoproteus uzoniensis, связанный с особой организацией и физико-химическими свойствами специфических позиций в «А-кармане», а также присутствием «С-кармана» в структуре. Таким образом, оригинальная комплексная методология показала свою универсальность и пригодность для изучения разных вопросов энзимологии, ее применение открывает перспективы решения ряда важных практических задач. Результаты, полученные при выполнении проекта, позволили улучшить наше понимание механизмов действия и регуляции МАР-киназ, лактатдегидрогеназ и PLP-зависимых ферментов IV типа, и обозначили возможности для создания селективных модуляторов – прототипов новых лекарств. В контексте дальнейшего развития оригинальной комплексной методологии предложен новый алгоритм статистического анализа индуцируемых структурных изменений в белках с использованием молекулярного моделирования, сформирована выборка из 204 белков, в структурах которых проаннотирован, по меньшей мере, один аллостерический сайт, для оценки эффективности существующих и разработки/обучения создаваемых алгоритмов поиска ранее неизвестных аллостерических/регуляторных сайтов в структурах белков, а также изучения механизмов аллостерии. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".