name: Исследование двухкомпонентных белковых сигнальных систем: комплекс сенсорного родопсина с трансдюсером NpSRII/NpHtrII
keyword_list: Сенсорный родопсин Малоугловое рассеяние Двухкомпонентные системы
abstract: Двухкомпонентные системы (ДКС) являются самыми распространенными белковыми сигнальными системами в природе, обеспечивающими основную связь микроорганизмов с окружающей средой. Первые компоненты ДКС – рецепторы, как правило, являются мембранными белками. Существует три основных типа мембранных рецепторов (сенсоров) ДКС: гистидинкиназы, хеморецепторы и фоторецепторы. Они имеют сходную модульную структуру. Учитывая их отсутствие у млекопитающих, ДКС являются потенциальными мишенями противомикробных препаратов. Для полного понимания молекулярных механизмов передачи сигналов рецепторами ДКС через мембрану необходимо иметь информацию об атомарной структуре этих белков.
  Несмотря на важность ДКС и широкий интерес научного сообщества к их изучению, в настоящее время были получены и описаны в литературе структуры с высоким разрешением только фрагментов этих белков. Полноразмерные сенсоры ДКС являются динамичными, что затрудняет их кристаллизацию и последующее изучение с помощью рентгеноструктурного анализа. Это обусловливает интерес к изучению того, как именно динамичность белков (то есть упорядоченность на уровне вторичной структуры и полидисперсность по взаимному расположению доменов) зависит от условий.
  Отсутствие кристаллов высокого качества полноразмерных сенсоров ДКС не позволяет применить стандартный метод получения структуры высокого разрешения – рентгеновскую дифракцию. Из-за динамичности сенсоров ДКС пока не удалось получить структуру с атомарным разрешением с помощью метода криоэлектронной микроскопии. Поэтому становятся актуальными структурные методы с низким разрешением, такие как малоугловое рассеяние, которые в сочетании с компьютерным моделированием могут быть использованы для получения атомарных моделей полноразмерных белков.
  В настоящей работе впервые на основе данных малоуглового рассеяния был охарактеризован сенсор двухкомпонентной системы – полноразмерный фоторецепторный комплекс сенсорного родопсина 2 с его родственным трансдюсером из экстремофильной археи Natronomonas pharaonis (NpSRII/NpHtrII).
  С помощью методов малоуглового рентгеновского и нейтронного рассеяния было показано, что комплекс NpSRII/NpHtrII образует димеры при гетерологической ко-экспрессии в E. coli, целостность которых не нарушается в процессе солюбилизации в детергенте и очистки. Обнаружено, что димеры NpSRII/NpHtrII при стандартных физиологических условиях (150 mM NaCl, pH 8.0) частично разупорядочены: доля белка, свёрнутого в α-спирали, составляет ~30%. При увеличении ионной силы раствора доля α-спиралей увеличивается до ~60% (при 4.0 М NaCl). Показано, что димеры NpSRII/NpHtrII при стандартных физиологических условиях обладают высокой степенью конформационной подвижности, которая может быть описана в рамках модели гибких шарниров. С помощью малоуглового рассеяния показано, что при увеличении ионной силы раствора образуются тримеры димеров комплекса NpSRII/NpHtrII, в которых контакт между димерами происходит только по цитоплазматической части, трансмембранные части димеров при этом не контактируют друг с другом. На основе полученных нами данных малоуглового рассеяния и молекулярной динамики предложена (построена) модель тримера димеров комплекса NpSRII/NpHtrII с атомарным разрешением. Установлено в рамках этой модели, что димер-димерные взаимодействия опосредованы рядом контактов между аминокислотными остатками с участием аминокислот, имеющих высокий уровень консервативности по гомологам NpHtrII, аналогично формированию контактов цитоплазматических участков димеров хеморецепторов. Также показано, что сайты метилирования в этой модели доступны для метилэстеразы CheB и метилтрансферазы CheR.
  Результаты данной работы имеют ключевое значение для рационального планирования будущих исследований с помощью прямых методов получения структуры с высоким разрешением – рентгеноструктурного анализа и криоэлектронной микроскопии.
chairman_dissertation_council.name: Константин
chairman_dissertation_council.surname: Шайтан
chairman_dissertation_council.patronymic: Вальдемарович
chairman_dissertation_council.position: Профессор
chairman_dissertation_council.degree: Доктор физико-математических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: F-2316-2014
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 7005806759
chairman_dissertation_council.orcid: 0000-0002-5137-303X
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Виталий
organization_supervisor.surname: Баган
organization_supervisor.patronymic: Анатольевич
organization_supervisor.position: Проректор по научной работе
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 34.15.15
rubrics.name: Пространственная структура и свойства биополимеров
rubrics.code: 34.17.15
rubrics.name: Молекулярная биофизика
oecds.code: 01.06.CQ
oecds.name: BIOCHEMISTRY & MOLECULAR BIOLOGY
oecds.code: 01.06.DA
oecds.name: BIOPHYSICS
speciality_codes.name: Биофизика
speciality_codes.code: 03.01.02
supervisors.fio: Куклин А.И.
supervisors.scientific_degree: Кандидат физико-математических наук
supervisors.speciality_code: Физика конденсированного состояния
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
protection_organization.short_name: МФТИ
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)"
protection_organization.ogrn: 1027739386135
protection_organization.supervisor_name: НИКОЛАЙ
protection_organization.supervisor_surname: КУДРЯВЦЕВ
protection_organization.supervisor_patronymic: НИКОЛАЕВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные автономные учреждения
author_organization.short_name: МФТИ
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)"
author_organization.ogrn: 1027739386135
author_organization.supervisor_name: НИКОЛАЙ
author_organization.supervisor_surname: КУДРЯВЦЕВ
author_organization.supervisor_patronymic: НИКОЛАЕВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные автономные учреждения