Лаборатория лиганд-рецепторных взаимодействий

Отдел молекулярной нейроиммунной сигнализации

Руководитель: Кашеверов Игорь Евгеньевич, д. х. н.
iekash@ibch.ru+7(495)995-55-57#2118

лиганд-управляемые ионные каналы, Никотиновый холинорецептор, глициновый рецептор, компьютерное моделирование, конотоксины, синтез пептидных аналогов, радиолигандный анализ

Лаборатория организована в 2009 г. и возглавляется доктором химических наук И. Е. Кашеверовым.

Основными задачами лаборатории лиганд-рецепторных взаимодействий являются структурно-функциональные исследования некоторых Cys-петельных рецепторов (никотиновые, глициновый) с помощью пептидных лигандов природного происхождения и их искусственных аналогов, а также создание новых биологически активных пептидных соединений на основе известных холинергических лигандов.

В лаборатории проводятся работы по компьютерному дизайну новых соединений на базе структур известных холинергических лигандов (конотоксины разных классов) и моделей их комплексов с никотиновыми рецепторами или их гомологами (ацетилхолин-связывающие белки), химическому синтезу различных пептидных соединений и анализу их биологической активности с применением различных методов исследования (радиолигандный анализ, электрофизиология, плазмонный резонанс).

В лаборатории было синтезировано (в том числе и на основе дизайна с применением методов компьютерного моделирования) более 4-х десятков различных конотоксинов и их аналогов, часть из которых в дальнейшем модифицировалась радиоактивными и/или фотоактивируемыми метками. С помощью некоторых из них были структурно охарактеризованы лиганд-связывающие участки природного никотинового рецептора. С использованием другого аналога, оказавшегося более активным соединением, чем природный конотоксин, впервые была установлена кристаллическая структура ацетилхолин-связывающего белка в комплексе с пептидным антагонистом и выявлены ее принципиальные отличия от структуры комплексов с агонистами. Полученные данные стали основой для создания компьютерных моделей различных типов никотиновых холинорецепторов.

Часть представленной работы нашла отражение в недавно опубликованных обзорах: Tsetlin V., Utkin Y., Kasheverov I. (2009). Polypeptide and peptide toxins, magnifying lenses for binding sites in nicotinic acetylcholine receptors. Biochem Pharmacol. 78(7), 720—731 иKasheverov I.E., Utkin Y.N., Tsetlin V.I. (2009). Naturally occurring and synthetic peptides acting on nicotinic acetylcholine receptors. Curr Pharm Des. 15(21), 2430—2452.

Модель комплекса аналога α-конотоксина GI с природным холинорецептором Torpedo: предложены две возможные ориентации пептида в кармане связывания между a- и γ-субъединицами на основании данных метода фотоаффинной модификации. Kasheverov IE, et al. FEBS J. 273(7), 1373—1388 (2006).

 

Избранные публикации (показать все)

Загружаются...

Научные проекты

Загружаются...

Кашеверов Игорь Евгеньевич

  • Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 — На карте
  • ИБХ РАН, корп. 33, комн. 236
  • Тел.: +7(495)995-55-57#2118
  • Эл. почта: iekash@ibch.ru

Первый трехпетельный змеиный нейротоксин, различающий по аффинности и кинетике взаимодействия два участка связывания в мышечном никотиновом рецепторе (2019-12-13)

Из яда крайта Bungarus candidus выделен и охарактеризован новый трехпетельный α-нейротоксин - αδ-бунгаротоксин, отличающийся от хорошо известного блокатора мышечных, α7 и α9α10 нейрональных подтипов никотиновых рецепторов α-бунгаротоксина 11 заменами из 74 аминокислотных остатков. Новый токсин также эффективно взаимодействовал с α7 рецептором с наномолярным сродством, но при этом продемонстрировал уникальное для трехпетельных токсинов различие в сродстве к двум разным участкам связывания на мышечном рецепторе (аффинность к α-δ сайту выше чем к α-γ сайту в 20 раз). Кроме того, новый токсин показал быструю кинетику ухода с одного из участков в отличие от необратимого связывания α-бунгаротоксина. Таким образом, открыт новый инструмент исследования мышечных никотиновых рецепторов с уникальным набором свойств.

Публикации

  1. Utkin YN, Kuch U, Kasheverov IE, Lebedev DS, Cederlund E, Molles BE, Polyak IL, Ivanov IA, Prokopev NA, Ziganshin RH, Jornvall H, Alvelius G, Chanhome L, Warrell DA, Mebs D, Bergman T, Tsetlin VI (2019). Novel Long-chain Neurotoxins from Distinguish the Two Binding Sites in Muscle-type Nicotinic Acetylcholine Receptors. Biochem J 476 (8), 1285–1302

Предложен и синтезирован новый класс ингибиторов никотиновых ацетилхолиновых рецепторов (2019-12-13)

На основании  собственных и литературных данных, показывающих, что положительно заряженные аминокислотные остатки играют важную роль в активности α-конотоксинов, синтезирована серия пептидов, построенных исключительно из остатков  аргинина (R) и показано, что олигоаргинины  (R=6-18) являются ингибиторами различных подтипов никотиновых ацетилхолиновых рецепторов (нАХР), при этом R8  имеет  выраженную селективность к нейрональным α9/ α10, а R16 имеет наибольшее сродство к α7 нАХР. Ингибирующая активность установлена и у ряда положительно заряженных полимеров, которые, наряду с олигоаргининами используются для внутриклеточной доставки потенциальных лекарственных соединений, что должно учитываться в качестве возможных положительных и отрицательных эффектов.

Публикации

  1. Lebedev D, Kryukova E, Ivanov I, Egorova N, Timofeev N, Spirova E, Tufanova E, Siniavin A, Kudryavtsev D, Kasheverov I, Zouridakis M, Katsarava R, Zavradashvili N, Iagorshvili I, Tzartos S, Tsetlin V (2019). Oligoarginine Peptides, a New Family of nAChR Inhibitors. Mol Pharmacol 96 (5), 664–673

Характеристика сайтов связывания "анальгетических" конотоксинов на никотиновом рецепторе и его моделях (2018-12-03)

Синтезирована линейка Cys-Cys изомеров «анальгетических» конотоксинов RgIA и GeXIVA, действующих через орто- или аллостерический сайты связывания α9/α10 никотинового холинорецептора, соответственно. Изучение их методом прямого или конкурентного радиолигандного анализа на водорастворимых моделях этого рецептора – ацетилхолин-связывающем белке и рекомбинантном внеклеточном домене α9 субъединицы рецептора, показало, что они эффективно с микромолярным сродством взаимодействуют только с ортостерическим сайтом связывания этих моделей.

Разработка новой методики на основе кальциевого имиджинга и функциональная характеристика с ее помощью α7/α9 мутантов нАХР. (2017-12-15)

На основании метода кальциевого имиджинга была разработана новая методика, позволяющая достаточно эффективно экспрессировать в клеточных линиях функционально активные «трудные» подтипы никотиновых рецепторов (нАХР). Методика включает  в себя коэкспресиию с соответствующим подтипом рецептора шаперона и флуоресцентного кальциевого сенсора Case12.  Данная методика позволила получить 6 мутантных форм α7 нАХР с выбранными одиночными заменами аминокислотных остатков из α9 подтипа нАХР. Все полученные мутанты вместе с исходными рецепторами были проанализированы на сродство к ацетилхолину и эпибатидину с помощью разработанной методики. Это позволило выявить две ключевые мутации - L119D и F187S, определяющие селективность к указанным лигандам этих подтипов нАХР. Компьютерное моделирование показало существенное изменение расположение молекул лигандов в участках связывания именно этих двух мутантных форм рецептора, объясняя полученные данные.   

Публикации

  1. Shelukhina I, Spirova E, Kudryavtsev D, Ojomoko L, Werner M, Methfessel C, Hollmann M, Tsetlin V (2017). Calcium imaging with genetically encoded sensor Case12: Facile analysis of α7/α9 nAChR mutants. PLoS One 12 (8), e0181936

Cинтезирован SLURP-1 (81 аминокислотный остаток, 5 дисульфидов), идентичный по аминокислотной последовательности эндогенному белку человека, отличающийся от всех известных рекомбинантных белков по (2017-12-15)

Синтезирован  SLURP-1 (81 аминокислотный остаток, 5 дисульфидов), идентичный по аминокислотной последовательности эндогенному токсино-подобному белку человека. По данным 1Н-ЯМР он имеет ту же структуру, что и рекомбинантный rSLURP-1, несущий дополнительный N-концевой Met0, несколько отличается по молекулярной динамике и существенно по биологической активности в отношении различных подтипов никотиновых рецепторов. То есть необходимо максимальное приближение к структуре природного белка для установления механизмов его эндогенной активности и выбора последующих медицинских применений.

Публикации

  1. Durek T, Shelukhina IV, Tae HS, Thongyoo P, Spirova EN, Kudryavtsev DS, Kasheverov IE, Faure G, Corringer PJ, Craik DJ, Adams DJ, Tsetlin VI (2018). Interaction of Synthetic Human SLURP-1 with the Nicotinic Acetylcholine Receptors. Sci Rep 7 (1), 16606