Создание первой в мире генетически кодируемой системы автономной биолюминесценции эукариот

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-14-01169

НазваниеСоздание первой в мире генетически кодируемой системы автономной биолюминесценции эукариот

Руководитель Ямпольский Илья Викторович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-202 - Протеомика; структура и функции белков

Ключевые слова биолюминесценция, биолюминесцентные грибы, люциферин, люцифераза, автономная биолюминесценция, светящиеся растения

Код ГРНТИ34.15.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Предлагаемый проект посвящен разработке новой генетически кодируемой автономной биолюминесцентной системы эукариот. Биолюминесценция – это явление холодного свечения живых организмов. Как правило, видимый свет излучается в результате химической реакции окисления молекулы люциферина кислородом воздуха под действием фермента, который называют люциферазой. На явлении биолюминесценции основано большое разнообразие современных аналитических методов, таких как тесты на различные аналиты in vitro и in vivo, иммунологические исследования, высокопроизводительный скрининг для разработки лекарственных препаратов, анализ по генам-репортерам, биолюминесцентный имиджинг. На сегодняшний день только бактериальная биолюминесцентная система может быть полностью закодирована в живом организме с помощью lux оперона. Остальные биолюминесцентные системы могут быть применены только при условии добавления субстрата биолюминесценции (люциферина) извне перед каждой процедурой анализа. Биолюминесцентная система бактерий не может быть широко применимой в организмах эукариот не только из-за проблем, связанных с экспрессией бактериальных генов, но и в связи с токсичностью бактериального люциферина. Автономная биолюминесцентная система, пригодная для создания эукариотических биолюминесцентных организмов, найдет применение в подавляющем большинстве современных биолюминесцентных аналитических методов. Единственным на данный момент перспективным кандидатом такого рода является биолюминесцентная система высших грибов (базидиомицетов). Благодаря прогрессу в изучении биолюминесцентной системы базидиомицетов авторами данного проекта, были выявлены основные субстраты биолюминесцентной системы высших грибов и белки, ответственные за их синтез. В связи с этим разработка уникальной автономной биолюминесцентной системы и новых гетерологических систем в эукариотах на их основе становится реалистичной задачей, и логичным первым шагом станет создание автономно светящихся растений. Также мы видим возможность экспрессии биолюминесцентной системы базидиомицетов и в других организмах. В результате работы по данному проекту впервые будет получена автономная генетически кодируемая люминесцентная система, пригодная для создания эукариотических организмов. Абсолютная уникальность данной системы (возможность экспрессии в эукариотических клетках) обеспечивает развитие целого пласта новых конкурентноспособных аналитических биолюминесцентных методов на ее основе (в том числе биоимиджинга). Также выполнение данного проекта внесет существенный вклад в развитие современных разделов биохимии и протеомики, посвященных светящимся организмам.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Котлобай А.А., Саркисян К.С., Мокрушина Ю.А., Марсет-Хубен М., Серебровская Е.О., Маркина Н.М., Сомермейер Л.Г., Гороховацкий А.Ю., Введенский А., Пуртов К.В., Петушков В.Н., Ямпольский И.В. и др. Genetically encodable bioluminescent system from fungi Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS, 2018, Vol. 115, No 50, 12728-12732 (год публикации - 2018)
10.1073/pnas.1803615115

2. Палкина К., Маркина Н., Мокрушина Ю., Чепурных Т., Саркисян К., Ямпольский И. Biosynthesis of hispidin by plant type III polyketide synthases in yeast and mammalian cell cultures FEBS Open Bio, FEBS Open Bio 8 (Suppl. S1) (2018) 107–496, p 172, P.07-024-Wed (год публикации - 2018)
10.1002/2211-5463.12453

3. Шимомура О., Стевани К., Каськова З.М., Царькова А.С., Ямпольский И.В. Bioluminescence: Chemical Principles and Methods (Third Edition) Chapter 9 Luminous Fungi World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. Singapore (год публикации - 2019)

4. Шахова Е.С., Гороховатский А.Ю, Чепурных Т.В., Маркина Н.М., Ямпольский И.В. Immunohistochemistry of luciferase of fungus Neonothopanus nambi FEBS Open Bio, FEBS Open Bio 9 (Suppl. 1) (2019), 170 (год публикации - 2019)
10.1002/2211-5463.12675

5. Ямпольский И.В. Создание автономно люминесцентных эукариот на основе цикла кофейной кислоты из грибов. БИОТЕХНОЛОГИЯ - МЕДИЦИНЕ БУДУЩЕГО (год публикации - 2019)

6. Осипова З.М., Щеглов А.С., Ямпольский И.В. АВТОНОМНЫЕ БИОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СИСТЕМЫ: ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ИМИДЖИНГЕ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ Вестник РГМУ (год публикации - 2019)

7. Минлянг Юань, Ксяоджи Ма, Тьяну Джианг, Юки Гао, Яньян Куи, Чаочао Жанг, Ксинге Янг, Юн Хуанг, Люпеи Ду, Илья Ямпольский, Миньонг Ли Prolonged bioluminescence imaging in living cells and mice using novel pro-substrates for Renilla luciferase Organic & Biomolecular Chemistry, Org. Biomol. Chem., 2017, Advance Article (год публикации - 2017)
10.1039/C7OB01656E

8. Н. Маркина, А. Гороховатский, А. Котлобай, К. Саркисян, Ю. Мокрушина, И.Ямпольский Hispidin-3-hydroxylase: a luciferin biosynthesis enzyme of glowing fungi The FEBS Journal, The FEBS Journal 284 (Suppl. 1) (2017) 106 (год публикации - 2017)
10.1111/febs.14174

9. Тьяну Джанг, Ксинге Янг, Юбин Жоу, Илья Ямпольский, Миньонг Ли New bioluminescent coelenterazine derivatives with various C-6 substitutions Organic & Biomolecular Chemistry, Org. Biomol. Chem., 2017, 15, 7008-7018 (год публикации - 2017)
10.1039/c7ob01554b

Публикации