Мембраны, являясь одним из основных компонентов живой клетки, участвуют во множестве жизненно важных процессов, включая, дыхание, транспорт питательных веществ, передачу сигналов и проведение ферментативных реакций. За большинство из этих функций ответственны интегральные и периферические мембранные белки, такие как рецепторы, транспортеры, ионные каналы, разнообразные ферменты, которые непосредственно участвуют в поддержании гомеостаза клеток и рецепции ими внешних и межклеточных сигналов. До 30% всех белковых последовательностей, закодированных в геномах различных организмов, соответствуют мембранным белкам, а с их дисфункцией и мутациями связаны многие социально-значимые заболевания организма человека. При этом свыше половины известных в настоящее время лекарственных препаратов напрямую воздействуют на активность мембранных белков. Поэтому не удивительно, что одними из наиболее важных объектов для фармакологических разработок современных «таргетных» лекарственных препаратов и средств ранней диагностики являются именно мембранные белки. В то же время, мембранные белки достаточно плохо изучены с точки зрения пространственной структуры, динамики и межмолекулярных взаимодействий, что обусловлено техническими сложностями, связанными с гетерогенностью мембранного окружения, их димеризацией/олигомеризацией и наличием в них неупорядоченных участков, обусловливающих высокую относительную подвижность субдоменов. Направленное конструирование биологически-активных соединений требует глубокого понимания структурно-динамической организации и функционирования их белковых мишеней во многих случаях локализованных внутри или на поверхности биологических мембран. Основные достижения в этой области обеспечены методом рентгеноструктурного анализа и представлены результатами исследования ряда поринов, ионных каналов, трансмембранных рецепторов, связанных с G-белками, а также отдельных (в том числе водорастворимых) доменов мембранных белков. Однако кристаллизация мембранных белков приводит к потере информации о конформационной подвижности и делает невозможным исследование влияния свойств мембранного окружения на их структуру, динамику и функцию. Быстроразвивающийся метод электронной криомикроскопии позволяет получить структуру полноразмерных белков и их комплексов, в том числе мембранных белков с достаточно высоким разрешением. Но данный метод также ограничен в применении при работе с мембранными белками, обладающими высокой внутримолекулярной подвижностью (такими как рецепторы типа I, имеющими внеклеточные и цитоплазматические глобулярные домены связанные гибкими участками одним трансмембранным сегментом). К тому же на данный момент в России нет современной экспериментальной базы по применению данного метода. Таким образом, оба структурных метода необходимо комбинировать с другими методами структурной биологии, позволяющими получить детальную экспериментальную структурно-динамическую информацию о белках. Поэтому разработка новых комплексных методик для структурно-динамических исследований на основе интеграции взаимодополняющих экспериментальных и теоретических (вычислительных) методов структурной биологии, таких как спектроскопия ЯМР, белковая инженерия, оптическая спектроскопия и компьютерное моделирование является актуальным трендом, способствующим получению уникальных данных о взаимосвязях между структурой и функцией мембранных и мембраноактивных белков. Гетероядерная спектроскопия ЯМР является уникальным методом, позволяющим получить экспериментальную информацию о структуре, динамике и межмолекулярных взаимодействиях для пептидов и белков, зачастую имеющих подвижные участки и выполняющих биологическую функцию в гетерогенном окружении. Современные методы белковой инженерии позволяют в достаточном количестве для структурных исследований получить препараты мембранных белков и их фрагментов (в том числе изотопно-меченые производные) из различных биологических систем. С помощью оптической микро- и спектроскопии возможно охарактеризовать белковые препараты, а также получить экспериментальную информацию о межмолекулярных взаимодействиях и структурно-функциональных свойствах белковых соединений на молекулярном и клеточном уровнях. Компьютерное моделирование помогает исследовать на атомарном уровне структуру и динамику белков и мембран, детализировать их взаимодействия при выполнении биологической функции. Комплексность проекта обеспечивается также выбором в качестве объектов исследования мембранных белков, принадлежащих разным семействам и выполняющих разные функции. Это позволит установить общие фундаментальные принципы биологической активности, так и выявить уникальные молекулярные механизмы для мембранных белков из различных семейств. В то же время исследование набора объектов, в достаточной мере покрывающий широкий спектр биологических функций, имеет больше шансов на успешную разработку новых молекул лигандов к мембранным белкам. Таким образом, полученные в результате выполнения проекта фундаментальные знания о взаимосвязи структура-динамика-функция для мембранных белков различных семейств будут наиболее успешно задействованы при создании фармакологических соединений с заданной специфичностью и направленной доставкой к определенным мембранным системам для адекватной терапии и ранней диагностики социально-значимых заболеваний.