Лаборатория химии протеолитических ферментов

Отдел пептидно-белковых технологий

Руководитель: Смирнов Иван Витальевич

http://enz.siobc.ras.ru/

протеолиз, активные центры, механизм действия, пространственная структура, ААА+-белки, биотехнология

Лаборатория химии протеолитических ферментов, возглавлявшаяся чл.-корр. РАН В. К. Антоновым, была образована в 1967 году, выделившись из Лаборатории химии антибиотиков, возглавлявшейся академиком М. М. Шемякиным. С 1992 года лабораторией заведует проф. Л. Д. Румш.

В настоящее время лаборатория занимается исследованием структурно-функциональных особенностей функционирования Lon-протеиназы, исследованием регуляторных функций энтеропептидазы и дуоденазы в отношении рецепторов, активируемых протеиназами (PAR), а также выделением и исследованием протеиназ экстремофильных организмов.

Лаборатория активно участвует в научной и педагогической деятельности — подготовлено и защищено три докторских и более 50 кандидатских диссертаций, под руководством сотрудников лаборатории выполнено большое количество студенческих дипломных работ. Лаборатория является организатором постоянно действующего межинститутского семинара «Проблемы и перспективы исследования протеолитических ферментов», а также регулярно организует проведение Всероссийских симпозиумов «Химия протеолитических ферментов».

Основным направлением работ лаборатории является исследование протеиназ, выполняющих регуляторные функции в системах внутриклеточного протеолиза (АТР-зависимые Lon-протеиназы) и процессинга белков (энтеропептидаза, дуоденаза). Кроме того, объектами изучения служат экстремофильные протеиназы, а также протеиназы, являющиеся ключевыми при развитии особо опасных и социально значимых инфекций, вызываемых такими патогенами как Plasmodium falciparum и ВИЧ. Научная деятельность лаборатории направлена не только на решение фундаментальных проблем современной энзимологии (выяснение природы избирательности протеиназ в процессе узнавания белков-мишеней и путей реализации их специфичности, установление механизма функционирования некоторых протеиназ), но и на решение прикладных задач (выделение и изучение протеиназ, применяющихся в биотехнологии и в медицине, поиск ингибиторов ряда протеиназ).

Для изучения механизма каталитического акта при функционировании протеолитических ферментов используется метод теоретического конформационного анализа. В лаборатории разработан подход, позволяющий различать механизмы действия пептидгидролаз – общий основной и ковалентный катализ – путем использования тяжелокислородной воды как среды реакции и предложена классификация пептидгидролаз, основанная на различиях в механизмах их действия.

Проводится исследование АТР-зависимых Lon-протеиназ, относящихся к суперсемейству ААА+-белков и играющих ключевую роль в обеспечении сохранности клеточного протеома.

Установлено, что протеолитические активные центры Lon-протеиназ представлены каталитической диадой Ser-Lys, при этом семейство Lon состоит из двух подсемейств (А и В), различающихся окружением каталитических остатков активных центров, структурной организацией АТР-азных доменов и общей архитектурой молекулы. Сравнительное исследование протеиназ LonA из Escherichia coli (ЕcLonА) и LonB из Archaeoglobus fulgidus (AfLonВ) выявило важность четвертичной структуры для реализации процессивного механизма протеолиза.

Рентгеноструктурным анализом показано, что протеолитические домены ЕcLonА и AfLonВ обладают уникальным типом пространственной структуры и образуют в кристалле циклические гексамеры. Мономерный N-концевой субдомен ЕcLonА также имеет уникальную укладку, в то время как структура альфа-спирализованного домена фермента типична для ААА+-белков. Полученные результаты послужили основанием для выведения семейства Lon-протеиназ в индивидуальный клан SJ в базе данных пептидгидролаз MEROPS.

Рис. 1. Пространственные структуры фрагментов LonA-протеиназы из E. coli. А — N-концевой субдомен (остатки (1—119));B — α-спирализованный домен (остатки (491—584));C — протеолитический домен (остатки (585—784)).

В процессе исследования сериновых протеиназ желудочно-кишечного тракта выделен и охарактеризован новый фермент — дуоденаза. Установлена первичная и пространственная структура дуоденазы; обнаружена двойственная (трипсино- и химотрипсиноподобная) специфичность фермента. Показано, что уникальные свойства энтеропептидазы тонкого кишечника, обладающей абсолютной специфичностью, обусловлены сложной доменной организацией при наличии строгой иерархии первичного и двух вторичных субстрат-связывающих центров, один из которых обеспечивает высокую специфичность, а другой — высокую эффективность катализа.

Получены данные, свидетельствующие в пользу того, что дуоденаза может являться специфическим активатором проэнтеропептидазы, т. е. играть ключевую роль в инициации каскада активации протеолитических ферментов пищеварительного тракта. Кроме того, обнаружено, что энтеропептидаза и дуоденаза обладают также регуляторной функцией по отношению к рецепторам семейства PAR.

Впервые получена протеиназа Ulysses (гомологичная протеиназе HIV—1), ген которой был обнаружен в мобильном генетическом элементе Drosophila virilis. Исследованы энзимологические свойства и подтверждена функциональная активность фермента. Методом гомологичного моделирования и молекулярной динамики построена пространственная модель протеиназы Ulysses.

Рис. 2. Пространственная структура дуоденазы.

Для аспартатной протеиназы плазмепсин II из малярийного паразита Plasmodium falciparum получены высокоаффинные и специфические ингибиторы.

ФИОДолжностьКонтакты
Румш Лев Давыдович, проф., д.х.н.г.н.с.
Смирнов Иван Витальевич, д.х.н.г.н.с.
Ротанова Татьяна Васильевна, д.х.н.в.н.с.
Зинченко Алексей Алексеевич, к.х.н.с.н.с.
Котельникова О.В., к.б.н.с.н.с.
Михайлова А.Г., к.х.н.с.н.с.
Андрианова Анна Говардовна, к.х.н.н.с.
Калиберда Е.Н., к.х.н.н.с.
Карлинский Давид Михайлович, к.х.н.н.с.
Нокель Е.А.н.с.
Серова Оксана Викторовна, к.х.н.н.с.
Гордеева Е.А.м.н.с.
Куджаев Арсен Мизамудинович, к.х.н.м.н.с.
Мелихова Татьяна Дмитриевнам.н.с.
Прокопенко Юрий Анатольевичм.н.с.
Абрикосова В.А.инж.-иссл.
Елисеев И.Е.инж.-иссл.
Гавриленкова Алина Александровнатех.-лаб.
Иванова О.А.тех.-лаб.
Малабуйок Д.М.тех.-лаб.
Тетерева Е.А.тех.-лаб.
Хвастунов В.О.тех.-лаб.
Попов М.Е., к.х.н.ст. инж.
Ермаков К.В.инженер
Кузнецов Д.А.инженер
Мирзоева Н.З.инженер
Ярошевич И.А.инженер

Ранее здесь работали

Антонов В.К., Чл.-корр. РАН, проф., д.х.н.
Замолодчикова Т.С., к.х.н.
Мельников Э.Э., к.х.н.
Дергоусова Н.И., к.х.н.
Волков Д.А., к.х.н.
Куджаев Арсен Мизамудинович, к.х.н.м.н.с.
Овчинникова М.В.
Степнов А.А.
Хайруллин Р.Ф., к.х.н.
Бабикова П.А.
Данилов Дмитрий Викторович
Пипия София Онисеевна
Загрузка...
Загрузка...

Смирнов Иван Витальевич

Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 — На карте

Загрузка...