Лаборатория моделирования биомолекулярных систем
Руководитель: Ефремов Роман Гербертович, д. ф.-м. н., профессор
Лаборатория моделирования биомолекулярных систем была образована в 2007 году из группы молекулярного моделирования в составе Лаборатории (ныне — Отдела) структурной биологии. На протяжении более пятнадцати лет сотрудники Лаборатории активно проводят исследования по современным направлениям молекулярного компьютерного моделирования и биоинформатики.
Направления исследований
Лаборатория занимается молекулярным моделированием пространственной структуры и динамики биомолекул. Основной областью специализации является изучение структуры и функций мембранных и мембрано-активных белков и пептидов, лиганд-рецепторных взаимодействий, а также рациональный компьютерный дизайн новых биологически активных соединений, в том числе действующих на мишени в биомембранах.
Большинство работ проводится в тесном сотрудничестве с экспериментальными группами, что обеспечивает максимальную эффективность теоретических исследований. Все молекулярные расчеты проводятся с использованием современного компьютерного оборудования, имеющегося в распоряжении Лаборатории (высокопроизводительные многопроцессорные кластеры под управлением Linux, рабочие станции и пр.) Лаборатория имеет доступ к вычислительным ресурсам Межведомственного суперкомпьютерного центра РАН.
Основные достижения
1992—1997 гг. Количественная оценка и картирование пространственных гидрофобных свойств биомолекул. Для детальной характеризации гидрофобных/гидрофильных параметров белков и пептидов впервые применен метод молекулярного гидрофобного потенциала (МГП). МГП-подход также был успешно использован для изучения гидрофобной организации целого ряда водорастворимых и мембранных белков и пептидов, оценки межмолекулярных взаимодействий с их участием. Данные подходы реализованы в виде веб-приложения PLATINUM на сайте лаборатории (http://model.nmr.ru/platinum).
1998—2000 гг. Разработана модель неявно заданной мембраны. Для описания мембранного окружения в системе вводится дополнительный сольватационый потенциал, зависящий от одной из координат атомов. Модель позволяет изучать пространственную структуру мембранных белков и белок-мембранные взаимодействия с помощью конформационного поиска методом Монте-Карло. Модель неявно заданной мембраны реализована в программе FANMEM, созданной на базе пакета FANTOM (von Freyberg B., W. Braun 1991. J. Comp.Chem. 12:1065–1076).
2005—2008 гг. Созданы модели явно заданных липидных бислоев и мицелл детергентов различного молекулярного состава. Изучено взаимодействие мембрано-активных пептидов из разных классов (пептиды слияния, антимикробные, неспецифические переносчики) с данными моделями. Исследована структурная организация модельных мембран. Показана роль липидного состава и структурно-динамических свойств пептидов в процессе дестабилизации мембраны. Определена взаимосвязь структура-функция для ряда антимикробных пептидов, выделенных из яда паука Lachesana tarabaevi. Созданы пептиды с направленно измененной активностью.
2000—2004 гг. Проведено моделирование ряда мембрано-активных белков и пептидов (кардиотоксины, пептиды слияния, др.) с неявно заданной мембраной. Выявлены ключевые факторы (аминокислотный состав, гидрофобная организация, конформационная динамика), определяющие процесс связывания и геометрию молекул в мембране.
2004—2008 гг. Учет доменных движений бека-мишени и гидрофобных контактов при исследовании взаимодействий рецептор-лиганд методом молекулярного докинга. На основе оригинального метода оценки гидрофобного соответствия разработаны аденин-специфичные оценочные функции. Они эффективно выявляют наиболее правдоподобные решения задачи докинга даже в случае доменных движений рецептора, что было показано при моделирование комплексов АТФ с различными АТФазами Р-типа. Новые подходы реализованы в виде веб-приложения PLATINUM на сайте лаборатории (http://model.nmr.ru/platinum).
2006—2008 гг. Разработаны подходы для моделирования димеризации трансмембранных α-спиралей. Получены структуры димеров для трансмембранных фрагментов ряда белков (гликофорин, рецепторные тирозин-киназы) с помощью конформационного поиска в неявно заданной мембране методом Монте-Карло, с помощью программы FANMEM. Проведено моделирование динамического поведения димера трансмембранных фрагментов про-апоптозного белка Bnip3 в явно заданном липидном бислое с использованием данных ЯМР спектроскопии.
2006—2008 гг. Алгоритмы оценки качества упаковки α-спиральных сегментов в трехмерных моделях мембранных белков. Разработаны оценочные функции для моделей G-белок сопряженных рецепторов, построенных по гомологии. Метод позволяет выявить модель рецептора, наиболее близкую к его нативной (например, кристаллографической) структуре, среди большого числа некоректных моделей.
По результатам научной работы Лаборатории получено несколько патентов РФ.

| Ф.И.О. | Должность | Эл. почта | Арсеньев Александр Сергеевич, д. х. н., профессор | Зав. отделом | aars@nmr.ru | Волынский Павел Евгеньевич, к. ф.-м. н. | с.н.с. | pashuk@nmr.ru | Коншина Анастасия Геннадьевна | м.н.с. | nastya@nmr.ru | Крылов Николай | асп. | krna@rambler.ru | Нольде Дмитрий Евгеньевич, к. х. н. | с.н.с. | nolde@nmr.ru | Полянский Антон Александрович, к. ф.-м. н. | н.с. | newant@gmail.com | Пыркова Дарья Владимировна | асп. | dpyrkova@gmail.com | Чугунов Антон Олегович, к. ф.-м. н. | н.с. | batch2k@yandex.ru |
|---|



