Механизм встраивания мембрано-активного цитотоксина в липидный бислой: моделирование in silico

Коншина А. Г.; Н. А. Крылов; Р. Г. Ефремов

?

Механизм встраивания мембрано-активного цитотоксина в липидный бислой: моделирование in silico

С. 160–161.

Коншина А. Г., Крылов Н. А., Ефремов Р. Г.

Изучение влияния мембранногоокруженияна работу различныхбелок-мембранныхкомплексов (трансмембранных каналов, рецепторов) являетсяодним из актуальныхнаправленийсовременнойструктурнойбиологии. Изменения в структурных параметрах бислоя, в частности,локальные возмущения геометрии, подвижности липидов при встраивании небольших мембрано-активных полипептидовмогут представлять особый интерес с точки зренияконтролируемого изменения активности рецепторных систем клетки. Подобная модуляция активности показана экспериментальнона клетках, обработанных цитотоксинами[1].Однако получить детальную информацию о механизме встраивания пептида-модулятора и локальных возмущениях мембраны на молекулярном уровне крайне сложно. В качестве альтернативы эксперименту при изучении динамического поведения липидных бислоев и белок-мембранных систем широко используютметоды молекулярного компьютерного моделирования,в частности,расчеты молекулярной динамики (МД)в модельных мембранах. Получены следующие результаты:-Впервые экспериментально подтвержденная мода взаимодействия ЦТ с мембраной (тремя гидрофобными петлями) воспроизведена вкомпьютерном эксперименте –расчете МД пристарте из воды. -Процесс встраивания является ступенчатым: петля1,петли 1-2,петли 1-3 Токсин имеет специфические сайты связывания липидных головок. Один из таких сайтовпредсказан независимыми методами молекулярного докинга и расчетами свободной энергии взаимодействия: ЦТ –липид. Данные сайты могут быть якорями, удерживающими ЦТ не только на поверхности мембраны,но и в определенной ориентации, благоприятной для дальнейшего встраивания петлями 2 и 3.-Периферически связанный с мембраной токсин оказывает влияние на структурно-динамические параметры бислоя: ограничивает подвижность липидов аннулярного слоя (близкого к белку), вызывает локальные изменения рельефа и гидрофобных свойств поверхности мембраны.

Язык: русский

Полный текст

Текст на другом сайте

Ключевые слова: биомембраны biomembranes cytotoxin цитотоксин

ПУБЛИКАЦИЯ ПОДГОТОВЛЕНА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРОЕКТА:

Суперкомпьютерные технологии атомистического моделирования в науках о материалах и физике биомембран (2019)

В книге

Сборник научных трудов VI съезда биофизиков России

Т. 1. , Краснодар: Полиграфическое объединение «Плехановец», 2019.

Environmental and dynamic effects explain how nisin captures membrane-bound lipid II

Панина И. С., Крылов Н. А., Нольде Д. Е. и др., Scientific Reports 2020 Vol. 10 Article 8821

Добавлено: 1 июня 2020 г.

Технология «динамического молекулярного портрета» в вычислительном анализе белков и биомембран

Ефремов Р. Г., В кн.: II объединенный научный форум: VI съезд физиологов СНГ, VI съезд биохимиков России, IX российский симпозиум «Белки и пептиды» (Сочи, Дагомыс, 1–6 октября 2019). Научные труды.Т. 2.: М.: Издательство "Перо", 2019. С. 58–58.

Детальный анализ меняющихся во времени свойств молекулярных поверхностей играет важную роль в процессах распознавания, взаимодействия и передачи сигналов в биомолекулярных системах. Технология «динамического молекулярного портрета» представляет собой современный подход к расчету, наглядной визуализации и сравнительному анализу различных физико-химических характеристик поверхности биомолекул. Эффективное использование таких подходов требует создания специальных методов компьютерной обработки, анализа и представления «молекулярных ...

Добавлено: 2 ноября 2019 г.

Выявление факторов важных для транслокации белков через мембрану методами компьютерного моделирования

Волынский П. Е., Арбузова А. М., Нольде Д. Е. и др., В кн.: II объединенный научный форум: VI съезд физиологов СНГ, VI съезд биохимиков России, IX российский симпозиум «Белки и пептиды» (Сочи, Дагомыс, 1–6 октября 2019). Научные трудыТ. 1.: М.: Издательство "Перо", 2019. С. 141–141.

Функционирование многих белков, обладающих стабильной пространственной структурой в воде, часто связано с их переносом в клетку или из нее через липидную мембрану. Помимо белков, которые преодолевают такой барьер с помощью различных вспомогательных систем (например, транслоконов, мембранных переносчиков), некоторые белки способны спонтанно внедряться в мембрану с последующим проходом и рефолдингом на противоположной стороне липидного бислоя. Наиболее ...

Добавлено: 2 ноября 2019 г.

Фармакофорная модель распознавания низином липида II в бактериальной мембране

Панина И. С., Чугунов А. О., Крылов Н. А. и др., В кн.: Сборник научных трудов VI съезда биофизиков РоссииТ. 1.: Краснодар: Полиграфическое объединение «Плехановец», 2019. С. 83–84.

Устойчивость микроорганизмов к применяемым в клинической практике антибиотикам является серьезной проблемой медицины во всем мире. В связи с этим одной из актуальных задач современной фармакологии является поиск или дизайн новых антибактериальных веществ, свободных от бремени резистентности. Перспективными кандидатами для разработки новых лекарств являются антимикробные пептиды (АМП). Среди всего разнообразия АМП особое внимание привлекают пептиды, мишенью ...

Добавлено: 1 ноября 2019 г.

Путешествия в «аномальные зоны» клетки с помощью вычислительной биофизики

Ефремов Р. Г., В кн.: Сборник научных трудов VI съезда биофизиков РоссииТ. 1.: Краснодар: Полиграфическое объединение «Плехановец», 2019. С. 16–17.

Появившиеся в распоряжении исследователей модели пространственной структуры высокого разрешения сложных надмолекулярных белок-мембранных и др. систем, наряду с результатами их атомистического компьютерного моделирования, выявили существование целого ряда своеобразных «аномальных зон» в таких объектах. В настоящей работе на основании результатов вычислительныхэкспериментов проведен анализ физико-химических и динамических свойств молекулярных систем в указанных областях. Показано, что свойства последних могут ...

Добавлено: 1 ноября 2019 г.

Conformational variability and intramembrane recognition possibly associated with abnormal cleavage of APP transmembrane domain

Urban A., Bocharov E., Nadezhdin K. и др., , in: FEBS Open Bio Volume 9, Issue S1 Supplement: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019Vol. 9: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019.: Oxford: Wiley, 2019. Ch. 31-016 P. 299–299.

Bitopic proteins having only one helical transmembrane (TM) domain are a class of biologically significant membrane proteins, including the type I receptors and amyloid precursor protein (APP), which are involved in regulating the homeostasis of human organism and recognized as substrate by c-secretase. Amyloid Ab-peptides forming plaques in brain during Alzheimer disease (AD) are the ...

Добавлено: 1 ноября 2019 г.

Effects of interfering transmembrane peptides on neuraminidase-1 activity

Albrecht C., Dhaideh Z., Appert-Collin A. и др., , in: FEBS Open Bio Volume 9, Issue S1 Supplement: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019Vol. 9: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019.: Oxford: Wiley, 2019. Ch. 31-006 P. 295–296.

Elastin is an essential component of numerous human tissues and plays a critical role in elasticity of skin, lungs and arteries. During vascular aging, the elastin network is degraded generating elastin-derived peptides (EDP). The ERC (Elastin Receptor Complex) is a membrane heterotrimeric receptor composed, amongst others, of a membrane-bound neuraminidase, NEU-1. Binding of EDP to ...

Добавлено: 1 ноября 2019 г.

Nisin/lipid II interaction in bacterial membrane: molecular dynamics study

Панина И. С., Чугунов А. О., Dmitry Nolde и др., , in: FEBS Open Bio Volume 9, Issue S1 Supplement: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019Vol. 9: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019.: Oxford: Wiley, 2019. Ch. 27-069 P. 269–269.

The worldwide rapid emergence of resistant bacteria put at threat the efficacy of antibiotics, thus the development of novel antibacterial agents is urgently needed. The cell wall precursor lipid II consisting the chemically conservative pyrophosphate group represents a promising pharmaceutical target. Antimicrobial peptides, that target lipid II, i.e. lantibiotic nisin, could be excellent prototypes for ...

Добавлено: 1 ноября 2019 г.

Protein–lipid interactions in glycophorin-like dimerization motifs of transmembrane helices

Кузнецов А. С., Maurice P., Ефремов Р. Г., , in: FEBS Open Bio Volume 9, Issue S1 Supplement: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019Vol. 9: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019.: Oxford: Wiley, 2019. Ch. 27-068 P. 268–269.

Receptor tyrosine kinases (RTK) are vital players in cell signaling governing growth and proliferation. These integral membrane proteins work only in dimeric states, so the conformation of transmembrane dimer determines the signal transferred into cell. Here, we used modern molecular modeling techniques to study details of protein-protein and protein-lipid interactions in model systems containing monomers ...

Добавлено: 1 ноября 2019 г.

Dimerization of transmembrane domain of insulin receptor: structure and possible role in activation

Zamaletdinov M., Кузнецов А. С., Maurice P. и др., , in: FEBS Open Bio Volume 9, Issue S1 Supplement: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019Vol. 9: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019.: Oxford: Wiley, 2019. Ch. 27-047 P. 262–262.

Insulin receptor (IR) family is represented by three membrane proteins participating in organism development, growth, and vital activity. Modulation of the functioning of these receptors by external agents looks very perspective from a pharmaceutical point of view. Although IR is well studied, little is known about the role of its transmembrane (TM) domain in receptor ...

Добавлено: 1 ноября 2019 г.

Mode of action and biological activity of sevanol and its analogues on acid-sensing ion channels

Osmakov D., Belozerova O., Koshelev S. и др., , in: FEBS Open Bio Volume 9, Issue S1 Supplement: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019Vol. 9: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019.: Oxford: Wiley, 2019. Ch. 15-014 P. 183–183.

Acid-sensing ion channels (ASICs), members of the family of amiloride-sensitive degenerin/epithelial Na + -channels, are expressed in neurons of both the peripheral and central nervous system. Among six currently known isoforms of mammalian ASICs, two, namely ASIC1a and ASIC3 are widespread and have the largest physiological contribution such as synaptic plasticity, learning and memory as well as pain perception and inflammation ...

Добавлено: 1 ноября 2019 г.

Structural basis of the signal transduction via transmembrane domains of type I receptors in norma and pathology

Bocharov E., Lesovoy D., Pavlov K. и др., , in: FEBS Open Bio Volume 9, Issue S1 Supplement: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019Vol. 9: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019.: Oxford: Wiley, 2019. Ch. 06-027 P. 130–130.

The human epidermal growth factor (EGFR/HER) and growth hormone (GHR) receptors serve as excellent models of type I receptors to illustrate how ligand-induced conformational rearrangements and specific dimerization of extracellular domains lead to the allosteric activation of the cytoplasmic domains via single-span transmembrane domain (TMD). We determined the alternative dimeric conformations of the EGFR and ...

Добавлено: 1 ноября 2019 г.

Dielectric-dependent strength of interlipid H-bonding in biomembranes: a model case study.

Ефремов Р. Г., Journal of Chemical Information and Modeling 2019 Vol. 59 No. 6 P. 2765–2775

Добавлено: 7 августа 2019 г.

Lipid II as a Target for Novel Antibiotics:Structural and Molecular Dynamics Studies.

Panina I. S., Чугунов А. О., Ефремов Р. Г., Russian Journal of Bioorganic Chemistry 2018 Vol. 44 No. 6 P. 653–664

Ввиду нарастающей проблемы антибиотикорезистентности в медицине, большое внимание уделяется антимикробным веществам, действующим на небелковые молекулы, устроенные более консервативно, чем белки. Одной из наиболее перспективных и изученных таких мишеней является компонент биосинтетического пути формирования бактериальной клеточной стенки — липид II, который присутствует только в мембране бактерий и имеет консервативную химическую структуру. Существуют несколько классов природных антибиотиков, ...

Добавлено: 25 февраля 2019 г.

Fine Tuning of Microscopic Properties in Two-Component Zwitterionic- Anionic Lipid Bilayers: Determinant Role of H-Bonding

Ефремов Р. Г., Pyrkova D., Крылов Н. А., Biophysical Journal 2018 Vol. 114 No. 3 P. 601А–601А

Добавлено: 26 октября 2018 г.