Новая Fe2+-зависимая люминесцентная система морских червей Chaetopterus variopedatus: структура, механизмы функционирования и возможности практического применения.

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 18-74-10102

НазваниеНовая Fe2+-зависимая люминесцентная система морских червей Chaetopterus variopedatus: структура, механизмы функционирования и возможности практического применения.

Руководитель Царькова Александра Сергеевна, Кандидат 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 №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-208 - Молекулярная биология

Ключевые слова Биолюминесценция, люциферин, люцифераза, биоимиджинг, органические перекиси, биосенсор, Chaetopterus

Код ГРНТИ31.27.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Фундаментальной научной задачей, в рамках которой планируется представленный проект, является изучение механизмов биолюминесценции, т.е. физико-химических основ процесса преобразования энергии химических связей субстратов ферментативных реакций в кванты света. Целью настоящего проекта является всестороннее изучение работы биолюминесцентной системы морской полихеты Chaetopterus, основой свечения которой являются люциферин и люцифераза неизвестного строения. Наш коллектив долгое время занимается изучением фундаментальных основ явления биолюминесценции. Из известных на сегодняшний день девяти люциферинов структуры двух были установлены и подтверждены в нашей лаборатории. Так, за время работы нами были установлены структуры люциферинов и оксилюциферинов почвенных червей Fridericia heliota (Petushkov V.N. et al. Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 5566; Dubinnyi, M.A. et al. Angew. Chemie Int. Ed. 2015, 54, 7065) и высших грибов (Purtov K.V. et al. Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 8124; Kaskova, Z.M. et al. Sci. Adv. 2017, 3, e1602847), что привело к однозначному установлению двух новых уникальных механизмов биолюминесцентных реакций. В результате изучения этих биолюминесцентных систем был приобретен уникальный экспериментальный опыт и разработаны новые методики, позволяющие изучать явление биолюминесценции на мировом уровне. Визуализация образования и распространения органических перекисей в живых клетках является актуальной задачей для изучения причин возникновения и развития различных патологических процессов, таких как атеросклероз, хроническая сердечная недостаточность и преэклампсия. В ходе предварительного изучения биолюминесцентной системы морского червя Chaetopterus было установлено, что субстратом биолюминесценции Chaetopterus является органический пероксид (химическая природа субстрата – перекись липида). Полученные результаты говорят об актуальности более глубокого исследования люциферин-люциферазной системы Chaetopterus, аналогов которой на сегодняшний день не найдено среди известных биолюминесцентных систем. Биолюминесцентная система Chaetopterus является высоко перспективной для разработки в дальнейшем новых высокочувствительных методов мониторинга уровней липидного окисления в живых клетках. Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач: выделить и очистить компоненты биолюминесцентной системы; изучить физико-химические свойства участников биолюминесцентной реакции; провести структурные исследования люциферина, его природных аналогов а также продуктов реакции биолюминесценции; клонировать ген новой люциферазы с получением бактериального и/или эукариотического штамма-суперпродуцента рекомбинантной люциферазы; на основе полученных данных установить механизм реакции и перспективы применения новой биолюминесцентной системы морских полихет Chaetopterus variopedatus в биомедицинских исследованиях. Пионерский характер проекта и его новизна обеспечивают полные возможности патентной защиты всех практически значимых результатов, связанных с использованием новой биолюминесцентной системы (новые люциферины, люциферазы и способы их применения) для разработки разнообразных новых систем биоимиджинга.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Шимомура О., Оба Ю., Стевани К.В., Царькова А.С., Каськова З.М. Bioluminescence, Chemical Principles and Methods, Third Edition. Other Luminous Organisms Bioluminescence, Chemical Principles and Methods, Third Edition. World Scientific Publishing Co, Pte, Ltd., Singapore (год публикации - 2019)
10.1142/11180

2. К. В. Пуртов, В. Н. Петушков, Н. С. Родионова, В. Г. Пахомова, И. Н. Мяснянко, Н. М. Мышкина, А. С. Царькова, И.И. Гительзон Luciferin–Luciferase System of Marine Polychaete Chaetopterus variopedatus Doklady Biochemistry and Biophysics, 2019, Vol. 486, No. 3. (год публикации - 2019)
10.1134/S1607672919030104

3. Пуртов К.В., Щеглов А.С., Царькова А.С. Chaetopterus luciferase: partial purification of the protein and cofactors required for bioluminescence FEBS OPEN BIO, 9, p 419 (год публикации - 2019)

4. Пуртов К.В., Щеглов А.С., Царькова А.С. Chaetopterus variopedatus bioluminescence system: luciferase or photoprotein? JOURNAL OF BIOTECHNOLOGY, 305, S77-S77 (год публикации - 2019)
10.1016/j.jbiotec.2019.05.269

5. Котлобай A.A., Дубинный M.A., Пуртов K.В., et al. Bioluminescence chemistry of fireworm Odontosyllis PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, 116 (38), 18911-18916 (год публикации - 2019)
10.1073/pnas.1902095116

6. Мирза Д.Д., Миготто A.E., Ямпольский И.В., Мораэс Г.В., Царькова А.С., Оливейра А.Г. Chaetopterus variopedatus bioluminescence: A review of light emission within a species complex PHOTOCHEMISTRY AND PHOTOBIOLOGY (год публикации - 2020)
10.1111/php.13221

7. Щеглов А.С., Царькова А.С. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ СИСТЕМЫ CHAETOPTERUS VARIOPEDATUS ДЛЯ МОНИТОРИНГА ФЕРРОПТОЗА В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ Bulletin of Russian State Medical University (год публикации - 2021)

Публикации