Группа нанобиоинженерии

Отдел биоинженерии

Руководитель: Некрасова Оксана Васильевна, к. б. н.
okatja@yandex.ru+7(495)3306638

биоинженерия; мембранные белки; лиганды; лиганд-рецепторные взаимодействия

Работа группы направлена на биоинженерное конструирование рекомбинантных белков и полипептидов, разработку методов их выделения и ренатурации, изучения их свойств с привлечением современных физико-химических методов и методов  нанотехнологии.

Группа сотрудничает с Лабораторией оптической микроскопии и спектроскопии биомолекул, Группой молекулярных инструментов для нейробиологии, Лабораторией молекулярной токсинологии, а также с подразделениями других учреждений – кафедрой биоинженерии биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, лабораторией физико-химических основ рецепции ИБХФ им. Н.М. Эмануэля РАН.

Группа нанобиоинженерии образована в 2010 году в составе Отдела биоинженерии ИБХ РАН.

  • Биоинженерия клеточной мембраны целых клеток – биоинженерное конструирование и встраивание в бактериальную мембрану рекомбинантных мембранных рецепторов, изучение их лиганд-связывающих свойств в составе клеточной мембраны с использованием флуоресцентных методов детекции.
  • Разработка биоинженерных подходов к получению рекомбинантных мембранных светочувствительных белков с целью исследования их структурной организации и особенностей фотохимических превращений. 
  • Разработка биоинженерных методов получения растворимых белковых и пептидных лигандов в функционально-активной форме с целью изучения их взаимодействия с рецепторными белками. 

1.     Разработана биоинженерная тест-система изучения взаимодействия калиевых каналов с лигандами. Тест-система основана на использовании флуоресцентно-меченых пептидных зондов и гибридных калиевых каналов, встроенных в бактериальную мембрану целых клеток. Детекция лиганд-рецепторных взаимодействий осуществляется методом лазерной сканирующей конфокальной микроскопии (ЛСКМ). С помощью тест-системы в ядах животного происхождения найдены и охарактеризованы новые пептидные блокаторы калиевых каналов Kv1.1, Kv1.3, имеющих важное биомедицинское значение. С привлечением методов молекулярного моделирования проводится изучение молекулярных основ взаимодействия пептидных токсинов с калиевыми каналами, осуществляется конструирование мутантных форм пептидных токсинов с повышенной избирательностью действия в отношении канала-мишени. Разработан принцип создания генокодируемых флуорецентных лигандов калиевых каналов с целью их использования в качестве флуоресцентных зондов при изучении связывания пептидных блокаторов с каналами, а также для визуализации калиевых каналов в клетках и тканях. Работа проводится совместно с подразделениями ИБХ РАН – лабораторией оптической микроскопии и спектроскопии биомолекул, группой молекулярных инструментов для нейробиологии, лабораторией молекулярной токсинологии, а также с кафедрой биоинженерии биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

2.     Разработан биоинженерный метод супер-продукции рекомбинантного бактериородопсина (из Halobacterium salinarum) в системе экспрессии E.coli. Фотохимические свойства рекомбинантного бактериородопсина аналогичны свойствам мономерной формы природного бактериородопсина. Рекомбинантный бактериородопсин и его мутантные формы используются для изучения первичных стадий фотоцикла и процессов переноса энергии методом фемтосекундной абсорбционной спектроскопии (совместно с лабораторией физико-химических основ рецепции ИБХФ им. Н.М. Эмануэля РАН). 

3.     Разработаны новые эффективные биоинженерные методы получения функционально-активных рекомбинантных лигандов: дисульфид-богатых пептидных токсинов из яда скорпионов; эфрина А1 - лиганда эфриновых рецепторов. Полученные рекомбинантные пептиды и белки используются в различных исследованиях лиганд-рецепторных взаимодействий.

Ф.И.О.ДолжностьКонтакты
Некрасова Оксана Васильевна, к. б. н.рук.okatja@yandex.ru+7(495)3306638
Крюкова Елена Александровнан.с.kelen.kryukova@yandex.ru+7(495)330-69-83
Кудряшова Ксения Сергеевна, к. б. н.н.с.rekamoskva@mail.ru
Бирих Клара Рудольфовна, к. б. н.ст. инж.+7(495)336-42-00
Якимов Сергей Александровичинж.-иссл.+7(495)330-72-74

Ранее здесь работали:

Тихонов Роман Владимирович, к. х. н.с.н.с.

Все публикации (показать избранные)

Загружаются...

Некрасова Оксана Васильевна

  • Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 — На карте
  • ИБХ РАН, корп. 52, комн. 264
  • Тел.: +7(495)3306638
  • Эл. почта: okatja@yandex.ru

Механизмы противоракового действия кураксинов

Совместно с: Лаборатория оптической микроскопии и спектроскопии биомолекул

Данные spFRET-анализа подтверждают гипотезу о том, что противоопухолевый агент кураксин, а именно его производное CBL0137, может влиять на дальние взаимодействия энхансеров  с промоторами в хроматине, нарушая структуру нуклеосом или влияя на структуру и динамику линкерной ДНК, поддерживающей эффективные взаимодействия энхансеров  с промоторами (Kantidze et al., Nat Commun., 2019,10(1):1441). Данные показывают, что CBL0137 привлекает hFACT человека (белковый фактор, который облегчает транскрипцию хроматина) к нуклеосомам, опосредует hFACT-индуцированное масштабное,  частично обратимое развертывание нуклеосомы (или раскручивание нуклеосомальной ДНК) и вызывает арест hFACT на нуклеосомах. Этот кураксин-зависимый арест hFACT может быть причиной перераспределения hFACT из транскрибируемых  областей хроматина в другие геномные локусы (Chang et al. Science Advances, 2018, 4 (11), eaav2131).

Работа выполнена совместно с сотрудниками Биологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова (М.Е. Валиева, А.В. Любителев, С.В. Разин), Института биологии гена РАН (Кантидзе О.Л., Лужин А.В., Голов А.К., Величко А.К.), Fox Chase Cancer Center, USA (Nizovtseva EV, Studitsky VM, Kulaeva, O.I., Chang, H.-W.), Roswell Park Comprehensive Cancer Center, USA (Gurova KV, Safina A., Wang, J.,), Eunice Kennedy Shriver National Institute for Child Health and Human Development, USA (Chereji, R.V.), Rutgers University, USA (Morozov, A.V.).

Публикации

  1. Kantidze OL, Luzhin AV, Nizovtseva EV, Safina A, Valieva ME, Golov AK, Velichko AK, Lyubitelev AV, Feofanov AV, Gurova KV, Studitsky VM, Razin SV (2019). The anti-cancer drugs curaxins target spatial genome organization. Nat Commun 10 (1), 1441
  2. Chang HW, Valieva ME, Safina A, Chereji RV, Wang J, Kulaeva OI, Morozov AV, Kirpichnikov MP, Feofanov AV, Gurova KV, Studitsky VM (2018). Mechanism of FACT removal from transcribed genes by anticancer drugs curaxins. Sci Adv 4 (11), eaav2131

MeKTx11-1, селективный пептидный блокатор калиевого канала Kv1.2 из яда скорпиона M. eupeus: структурные основы селективности

Совместно с: Лаборатория оптической микроскопии и спектроскопии биомолекул,  Группа анализа структуры мембранных белков in silico,  Лаборатория молекулярных инструментов для нейробиологии

Оксана В. Некрасова, К.С. Кудряшова (Отдел биоинженерии, группа нанобиоинженерии), А.А. Василевский, А.И. Кузьменков, А.М. Гиголаев (Лаборатория молекулярных инструментов для нейробиологии), А.О. Чугунов, В.М. Табакмахер, Р. Г. Ефремов (Группа анализа структуры мембранных белков in silico, Лаборатория моделирования биомолекулярных систем), А.В. Феофанов (Лаборатория оптической микроскопии и спектроскопии биомолекул).

Исследован уникальный высокоаффинный и высокоселективный пептидный блокатор канала Kv1.2 - MeKTx11-1 из яда скорпиона Mesobuthus eupeus. Пептид MeKTx11-1 и его мутантные аналоги были получены в рекомбинантной форме, их рецептор-связывающая активность изучена на панели Kv1-каналов. Проведено молекулярное моделирование взаимодействия этих пептидов с каналом Kv1.2, установлены ключевые структурные детерминанты этого взаимодействия. Пептид MeKTx11-1 является новым эффективным молекулярным инструментом для нейробиологии, позволяющим идентифицировать и изучать активность канала Kv1.2 в присутствии различных изоформ Kv1-каналов.

В сотрудничестве с S.Peigneur, J.Tytgat из University of Leuven, Бельгия и А.Ф. Фрадков из ООО Евроген.

Механизм селективного действия блокатора калиевого канала Kv1.2 — пептида MeKTx11-1 из яда скорпиона

Совместно с: Лаборатория оптической микроскопии и спектроскопии биомолекул,  Лаборатория молекулярных инструментов для нейробиологии,  Группа анализа структуры мембранных белков in silico

Лаборатория молекулярных инструментов для нейробиологии систематически изучает яды членистоногих, выделяя из них пептиды, специфично и с высокой активностью модулирующие активность разнообразных ионных каналов. Яд скорпионов особенно богат пептидными поровыми блокаторами потенциал-чувствительных калиевых каналов (Kv), и это разнообразие мы отразили в ранее созданной базе данных таких пептидов Kalium.

В сотрудничестве с Лабораторией оптической микроскопии и спектроскопии биомолекул и Группой нанобиоинженерии с применением разработанной ранее уникальной системы скрининга из яда скорпиона Mesobuthus eupeus был выделен пептидный блокатор канала Kv1.2 MeKTx11-1, связывающийся с высокой аффинностью (IC50 ≈0,2 нМ) и специфичностью (эффект на каналах Kv1.1, 1.3 и 1.6 проявляется в концентрациях в сотни раз выше). Этот пептид отличается всего двумя остатками от родственного MeKTx11-3, обладающего существенно меньшей селективностью в отношении Kv1.2.

В Группе анализа структуры мембранных белков in silico провели молекулярное моделирование взаимодействия этих двух пептидов с каналом Kv1.2, помещенным в явно заданную бислойную липидную мембрану, и объяснили механизм селективного действия MeKTx11-1. Выработанная методика анализа позволит создавать новые селективные лиганды Kv и других каналов, востребованные как в качестве молекулярных инструментов для изучения нервной системы, так и для медицины.

А.В. Феофанов (Лаборатория оптической микроскопии и спектроскопии биомолекул), О.В. Некрасова, К.С. Кудряшова (Отдел биоинженерии, группа нанобиоинженерии), А.А. Василевский, А.И. Кузьменков, А.М. Гиголаев (Лаборатория молекулярных инструментов для нейробиологии), А.О. Чугунов, В.М. Табакмахер, Р. Г. Ефремов (Группа анализа структуры мембранных белков in silico, Лаборатория моделирования биомолекулярных систем).

Исследован уникальный высокоаффинный и высокоселективный пептидный блокатор канала Kv1.2 - MeKTx11-1 из яда скорпиона Mesobuthus eupeus. Пептид MeKTx11-1 и его мутантные аналоги были получены в рекомбинантной форме, их рецептор-связывающая активность изучена на панели Kv1-каналов. Проведено молекулярное моделирование взаимодействия этих пептидов с каналом Kv1.2, установлены ключевые структурные детерминанты этого взаимодействия. Пептид MeKTx11-1 является новым эффективным молекулярным инструментом для нейробиологии, позволяющим идентифицировать и изучать активность канала Kv1.2 в присутствии различных изоформ Kv1-каналов.

В сотрудничестве с S.Peigneur, J.Tytgat из University of Leuven, Бельгия и А.Ф. Фрадковым из ООО Евроген.

Яд скорпионов богат пептидными блокаторами потенциал-чувствительных калиевых каналов (KV), и это разнообразие мы отразили в ранее созданной базе данных таких пептидов Kalium. Из яда скорпиона Mesobuthus eupeus получен высокоаффинный и селективный блокатор каналов KV1.2, характерных для центральной нервной системы человека. С применением молекулярного моделирования и сайт-направленного мутагенеза изучен механизм селективного взаимодействия токсина и каналов.

Разработка эффективного метода получения рекомбинантных пептидов α-KTX – блокаторов калиевых каналов

Совместно с: Лаборатория оптической микроскопии и спектроскопии биомолекул

Разработан биоинженерный метод получения пептидных блокаторов калиевых Kv1-каналов, который отличается: высоким выходом целевых пептидов (12-22 мг/л культуры);

сохранением нативной аминокислотной последовательности пептидов; высоким выходом ренатурированной формы пептидов с правильно замкнутыми тремя и четырьмя дисульфидными связями; простой и надежной процедурой выделения и очистки. Получаемые этим методом рекомбинантные пептиды семейства α-КТх обладают активностью исходных природных блокаторов. Пептидные высокоаффинные блокаторы  калиевых каналов из яда скорпионов широко используются для изучения структуры и функции каналов и имеют перспективное медицинское значение.

РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОГО МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ РЕКОМБИНАНТНЫХ ПЕПТИДОВ α-KTX – БЛОКАТОРОВ КАЛИЕВЫХ КАНАЛОВ

Совместно с: Лаборатория оптической микроскопии и спектроскопии биомолекул

О.В.Некрасова, К.С. Кудряшова, С.А. Якимов, М.П.Кирпичников

А.В.Феофанов

Разработан биоинженерный метод получения пептидных блокаторов калиевых Kv1-каналов, который отличается:

  • высоким выходом целевых пептидов (12-22 мг/л культуры);
  • сохранением нативной аминокислотной последовательности пептидов;
  • высоким выходом ренатурированной формы пептидов с правильно замкнутыми тремя и четырьмя дисульфидными связями;
  • простой и надежной процедурой выделения и очистки.

Получаемые этим методом рекомбинантные пептиды семейства α-КТх обладают активностью исходных природных блокаторов. Пептидные высокоаффинные блокаторы калиевых каналов из яда скорпионов широко используются для изучения структуры и функции каналов и имеют перспективное медицинское значение.

Разработка интегрального транскриптомного и протеомного подхода для поиска блокаторов калиевых каналов в яде животных

Авторы: 

Кузьменков А.И., Василевский А.А., Гришин Е.В. Отдел молекулярной нейробиологии.

Кудряшова К.С., Некрасова О.В., Кирпичников М.П. Отдел биоинженерии.

Феофанов А.В. Лаборатория оптической микроскопии и спектроскопии биомолекул. 

Аннотация: 

Разработан оригинальный подход для поиска новых лигандов калиевых каналов, объединяющий биоинженерную клеточную тест-систему и транскриптомный и протеомный анализ яда животных. С применением этого подхода из яда скорпиона Mesobuthus eupeus были получены восемь высокоаффинных пептидных блокаторов потенциал-зависимого калиевого канала Kv1.1, включая пять новых пептидов. Предложенный подход является универсальным и эффективным инструментом для направленного поиска блокаторов калиевых каналов в природных ядах.