Лаборатория химии метаболических путей

Отдел биомолекулярной химии

Руководитель: Ямпольский Илья Викторович, д. х. н.
ivyamp@ibch.ru+7(499)724-84-77

yampolsky.ibch.ru/

биолюминесценция, полный синтез, люциферин, люцифераза, хромофоры, медицинская химия

Лаборатория создана в 2017 году на основе Группы синтеза природных соединений, которая, в свою очередь, работала с 2002 года при Лаборатории молекулярных технологий ИБХ РАН, возглавляемой академиком Сергеем Анатольевичем Лукьяновым. Основным направлением исследований группы является применение методов органического синтеза для решения актуальных проблем в биохимии, молекулярной биологии и медицинской химии.

Деятельность группы включает в себя:

  • структурный дизайн и синтез модельных соединений для изучения биохимических процессов
  • полный синтез природных соединений
  • дизайн, получение и тестирование лекарственных средств
  • проведение совместных биомедицинских и биологических исследований
1TotalSynt_GrPhoto1.jpg 1TotalSynt_GrPhoto2.jpg

 

СВЕЖИЕ НОВОСТИ
 
Accounts_cover.jpg
Наша обложка журнала Accounts of Chemical Research (ACS) с обзором о последних достижениях группы в изучении биолюминесцентных систем
 
В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ
  • Изучение механизма биолюминесценции высших грибов

Фотография профессора Кассиуса Стевани (Университет Сан-Пауло, Бразилия)

Статья в The Guardian о нашей работе

  • Исследование биолюминесценции морского червя Chaetopterus variopedatus

Фотография Дмитрия Дейна, Scripps Institution of Oceanography at UC San Diego

  • Изучение механизма биолюминесценции сибирского почвенного червя Fridericia heliota

 
 
 
(А) Структура люциферина червя Fridericia (B) Биолюминесценция Fridericia heliota. Фотография предоставлена Александром Семеновым (Беломорская биологическая станция, биологический факультета МГУ М.В. Ломоносова). (C) Люминесценция синтетического люциферина Fridericia. (D) Сравнение спектров биолюминесценции природного и синтетического образцов люциферина.
 
  • Разработка нового класса флюоресцентных красителей на основе хромофора GFP
 
  • Разработка противовирусных лекарственных препаратов - структурных аналогов Флутимида

 

 
  • Полный энантиоселективный  синтез грибкового терпеноида Паналя из биолюминесцентных грибов Panellus stipticus

 

 
Panellus stipticus
 
  • Изучение механизма биолюминесценции светящихся грибов
 
 
  • Установление биосинтеза морских люциферинов: целентеразина и Cypridina

 

           
 
Cypridina hilgendorfii
 
  • Разработка флуорогенных датчиков для важных белковых структур
 
 
 
ВЫПОЛНЕНО
 
2009-2011
 
Исследован биосинтез химически неустойчивого ацимилина - хромофора красного флюоресцентного белка. В рамках этой задачи разработан способ получения 2-ациламиноимидазолонов - биосинтетических прекурсоров 2-ацилиминолимидазолонов. Показано, что спонтанное окисление прекурсоров кислородом воздуха проходит по необычному механизму.
             
Discosoma
 
2002-2009
 
Полный синтез хромофоров GFP-подобных флуоресцентных белков был использован в качестве инструмента для самостоятельного определения структуры этих хромофоров. Кроме того, изучена взаимосвязь между структурой и спектральные свойствами отношения в этом классе производных имидазола. Разработаны новые подходы к синтезу 2-функционализованных арилиденмидиазолонов. Синтезированы хромофоры из asFP595, Kaede и YFP538.
 
           
Zoanthus
 
           
Trachyphyllia
 
 
           
 
Anemonia
 
2002-2004
 
Выделен, секвенирован и исследован биохимическими методами синий белковый пигмент из Rhizostoma pulmo (медуза, обитающая в Черном море). Определить природу синей окраски (структуру хромофора) не удалось.
 
           
 
Rhizostoma pulmo
 
Ф.И.О.ДолжностьКонтакты
Ямпольский Илья Викторович, д. х. н.зав. лаб.ivyamp@ibch.ru+7(499)724-84-77
Кублицкий Вадим Сергеевичс.н.с.
Осипова (Каськова) Зинаида Михайловна, к. х. н.с.н.с.zkaskova@ibch.ru+7(903)5826660
Пуртов Константин Викторовичс.н.с.
Царькова Александра Сергеевна, к. х. н.с.н.с.altsarkova@gmail.com
Гороховатский Андрей Юрьевич, к. х. н.н.с.angor@ibch.ru+7()
Котлобай Алексей Анатольевичн.с.alexey_kotlobay@mail.ru+7(499)742-81-22
Чепурных Татьяна Владимировна, к. б. н.н.с.chip-src@ibch.ru
Щеглов Александр Сергеевич, к. б. н.н.с.jukart@mail.ru+7(495)330-70-56
Белозерова Ольга Александровнам.н.с.
Ляхович Мария Семеновнам.н.с.lyakhovich.chem@gmail.com
Мышкина (Маркина) Надежда Михайловнам.н.с.markina.nadya@gmail.com
Пахомова Вера Геннадьевнам.н.с.
Уткина Марина Валерьевнам.н.с.
Шмыгарев Владимир Ильичм.н.с.
Введенский Андрей Владимировичасп.Vvedenskiia@gmail.com
Палкина Ксения Андреевнаасп.palkina_1993@mail.ru
Панкратова Янина Александровнастуд.snailmail916@gmail.com
Андрианова Анастасия Алексеевнатех.-лаб.
Галкова Полина Викторовнатех.-лаб.
Хаврошечкина Анастасия Викторовнатех.-лаб.khavroshechkina@gmail.com
Береговая Ксения Андреевнаинженер
Болт Ярослав Васильевичинженерa1gol@icloud.com
Гугля Елена Борисовнаинженер
Джураев Улугбек Курбаналиевичинженер
Егорова Александра Владимировнаинженерaleksandraegorova.yamplab@gmail.com
Загитова Рената Ильясовнаинженер
Каратаева Татьяна Александровнаинженерkarat1989@yandex.ru
Шахова Екатерина Сергеевнаинженерekashakhova@rambler.ru
Шломина Алина Игоревнаинженерalinaishlomina@gmail.com
Вавилов Матвей Владимировичст. лаб.vavmat1996@gmail.com

Ранее здесь работали:

Матвеева Надежда Константиновнапом. дир.luk.officemanager@gmail.com
Соловьева Вера Александровна, к. х. н.с.н.с.vera.solovyeva@kaust.edu.sa
Балеева Надежда Сергеевнам.н.с.Dyuha-89@yandex.ru
Баранов Михаил Сергеевич, к. х. н.м.н.с.baranovmikes@gmail.com
Мяснянко Иван Николаевичасп.conzbutcher@gmail.com
Пичугин Александр Максимовичстуд.am-pichugin@yandex.ru
Бубырев Андрей Ивановичтех.-лаб.
Петушков Валентин Николаевичинженер
Чекова Софья Викторовнаинженер
Чернышёва Ангелина Николаевнаинженер

Все публикации (показать избранные)

Загружаются...

Ямпольский Илья Викторович

  • Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 — На карте
  • ИБХ РАН, корп. БОН, комн. 525
  • Тел.: +7(495)995-55-57#2007
  • Эл. почта: ivyamp@ibch.ru

52 корпус, 356 комната

+7 (499) 724-84-77

Расшифрованы молекулярные основы биолюминесценции Odontosyllis

Совместно с: Лаборатория биомолекулярной ЯМР-спектроскопии,  Лаборатория лиганд-рецепторных взаимодействий

Впервые определены структуры трех ключевых низкомолекулярных компонентов биолюминесцентной системы морских полихет Odontosyllis undecimdonta: люциферина, оксилюциферина (Green), а также продукта неспецифического окисления люциферина (Pink) кислородом. Установлено, что эти соединения имеют крайне необычный гетероциклический скелет, содержащий три атома серы с различными степенями окисления. Предложены химические механизмы ферментативного (люминесцентного) и неферментативного оксиления люциферина Odontosyllis. Более того, выявлено, что оксилюциферин Odontosyllis является единственным из известных для морских люминесцентных организмов первичным эмиттером зеленого света.

Публикации

  1. Kotlobay AA, Dubinnyi MA, Purtov KV, Guglya EB, Rodionova NS, Petushkov VN, Bolt YV, Kublitski VS, Kaskova ZM, Ziganshin RH, Nelyubina YV, Dorovatovskii PV, Eliseev IE, Branchini BR, Bourenkov G, Ivanov IA, Oba Y, Yampolsky IV, Tsarkova AS (2019). Bioluminescence chemistry of fireworm Odontosyllis. Proc Natl Acad Sci U S A 116 (38), 18911–18916

Oткрытие механизма биолюминесценции грибов, а также создание люминесцентных дрожжей

Совместно с: Группа синтетической биологии

Ученые Института биоорганической химии РАН и ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН вместе с российскими и иностранными коллегами полностью описали механизм, позволяющий грибам светиться в темноте. Испускание света обеспечивают всего четыре фермента, перенос которых в любые другие организмы делает их светящимися. Чтобы это проиллюстрировать, авторы создали светящиеся в темноте дрожжи.Теоретическая и экспериментальная части работы поддержаны грантами Российского научного фонда. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences

Расшифровка механизма свечения грибов стала возможной благодаря многолетним предшествующим исследованиям. Еще в начале XIX века было установлено, что источник свечения гниющего дерева – грибница. В 2009 году Андерсон Оливейра и Кассиус Стевани, соавторы настоящей работы, определилили, что все светящиеся грибы испускают свет благодаря единому механизму, а в 2015-2017 годах российские ученые под руководством Ильи Ямпольского совершили ряд ключевых открытий, в том числе определили структуру люциферина – молекулы, окисление которой приводит к испусканию света.

Публикации

  1. Kotlobay AA, Sarkisyan KS, Mokrushina YA, Marcet-Houben M, Serebrovskaya EO, Markina NM, Gonzalez Somermeyer L, Gorokhovatsky AY, Vvedensky A, Purtov KV, Petushkov VN, Rodionova NS, Chepurnyh TV, Fakhranurova LI, Guglya EB, Ziganshin R, Tsarkova AS, Kaskova ZM, Shender V, Abakumov M, Abakumova TO, Povolotskaya IS, Eroshkin FM, Zaraisky AG, Mishin AS, Dolgov SV, Mitiouchkina TY, Kopantzev EP, Waldenmaier HE, Oliveira AG, Oba Y, Barsova E, Bogdanova EA, Gabaldón T, Stevani CV, Lukyanov S, Smirnov IV, Gitelson JI, Kondrashov FA, Yampolsky IV (2018). Genetically encodable bioluminescent system from fungi. Proc Natl Acad Sci U S A 115 (50), 12728–12732

Метод флуоресцентного мечения белков в живых клетках на основе флуорогена и флуороген-связывающего белка

Совместно с: Группа синтетической биологии,  Группа химии гетероциклических соединений,  Лаборатория генетически кодируемых молекулярных инструментов

Мы разработали новый метод мечения целевых белков в живой клетке, названный Protein-PAINT. Метод основан на обратимом связывании белкового домена с флуорогенным красителем, что приводит к многократному увеличению интенсивности его флуоресценции. На основе результатов компьютерного молекулярного докинга, мы получили три мутантных варианта бактериального липокалина Blc с различным сродством к флуорогену. Было показано, что флуороген быстро проникает в живые клетки и вызывает окрашивание целевых белков, слитых с мутантными Blc. Новый метод обеспечивает на порядок большую фотостабильность сигнала, по сравнению с флуоресцентными белками. Protein-PAINT также позволяет проводить долговременную флуоресцентную микроскопию сверхвысокого разрешения живых клеток как в режиме детекции одиночных молекул, так и в режиме STED.

Изучен механизм биолюминесценции высших грибов

Впервые определена структура оксилюциферина высших грибов. Предложен уникальный механизм биолюминесценции, включающий в себя отщепление молекулы углекислого газа по схеме ретро-[4+2]-циклоприсоединения. Механизм подтвержден экспериментами с О-18. Также получен ряд аналогов люциферина грибов, обладающих отличающимся спектром биолюминесценции.

Публикации

  1. Kaskova ZM, Dörr FA, Petushkov VN, Purtov KV, Tsarkova AS, Rodionova NS, Mineev KS, Guglya EB, Kotlobay A, Baleeva NS, Baranov MS, Arseniev AS, Gitelson JI, Lukyanov S, Suzuki Y, Kanie S, Pinto E, Mascio PD, Waldenmaier HE, Pereira TA, Carvalho RP, Oliveira AG, Oba Y, Bastos EL, Stevani CV, Yampolsky IV (2017). Mechanism and color modulation of fungal bioluminescence. Sci Adv 3 (4), e1602847
  2. Tsarkova AS, Kaskova ZM, Yampolsky IV (2016). A Tale of Two Luciferins: Fungal and Earthworm New Bioluminescent Systems. Acc Chem Res 49 (11), 2372–2380
  3. Kaskova ZM, Tsarkova AS, Yampolsky IV (2016). 1001 lights: Luciferins, luciferases, their mechanisms of action and applications in chemical analysis, biology and medicine. Chem Soc Rev 45 (21), 6048–6077

Осуществлен стереоселективный синтез углеродного скелета паналя – терпеноида из биолюминесцентных грибов Panellus stipticus

Структура паналя, ранее предполагаемого предшественника люциферина грибов, была определена в 1988 году Накамурой и коллегами [Nakamura H, Kishi Y, Shimomura O. Tetrahedron 1988, 44, 1597]. Паналь представляет собой бициклический сесквитерпен кадаланового типа. Нами был осуществлен полный синтез терпенового ядра паналя с использованием реакции Дильс-Альдера, восстановления по Барбье и метатезиса в качестве ключевых превращений.

Публикации

  1. Baranov MS, Kaskova ZM, Gritсenko R, Postikova SG, Ivashkin PE, Kislukhin AA, Moskvin DI, Mineev KS, Arseniev AS, Labas YA, Yampolsky IV (2017). Synthesis of Panal Terpenoid Core. Synlett 28 (5), 583–588

Изучен механизм биолюминесценции сибирского почвенного червя Fridericia heliota

Определена структура оксилюциферина – продукта окислительного декарбоксилирования люциферина червя Fridericia heliota под действием кислорода в присутствии люциферазы. Определен механизм биолюминесценции: он включает стадию активации карбоксильной группы лизина с образованием промежуточного аденилата, циклизацию в оксетанон и распад до возбужденной молекулы оксилюциферина.

Определена структура ключевого субстрата биолюминесцении высших грибов

Впервые определена структура люциферина биолюминесцентных грибов. Также определен механизм биосинтеза люциферна грибов - гидроксилирование вторичного метаболита грибов гиспидина НАДФ-Н-зависимым ферментом. Люциферин  (3-гидроксигиспидин) является субстратом фермента люциферазы в реакции биолюминесценции. Структуры люциферина и его предшественника доказаны с помощью методов ЯМР-спектроскопии и масс-спектрометрии. Показано, что люциферин является общим субстратом биолюминесценции для ряда высших грибов.

Публикации

  1. Purtov KV, Petushkov VN, Baranov MS, Mineev KS, Rodionova NS, Kaskova ZM, Tsarkova AS, Petunin AI, Bondar VS, Rodicheva EK, Medvedeva SE, Oba Y, Oba Y, Arseniev AS, Lukyanov S, Gitelson JI, Yampolsky IV (2015). The Chemical Basis of Fungal Bioluminescence. Angew Chem Int Ed Engl 54 (28), 8124–8128