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 18-44-04002
НазваниеИзучение конформационных переходов в фотоактивном оранжевом каротиноидном белке
Руководитель Максимов Евгений Георгиевич, Доктор биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва
Конкурс №17 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (DFG)
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-202 - Протеомика; структура и функции белков
Ключевые слова Каротиноиды, белки, конформация, спектроскопия, фотоактивные белки, флуоресценция
Код ГРНТИ34.17.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на изучение механизмов фотоактивности оранжевого каротиноидного белка (ОКБ, Orange Carotenoid Protein – OCP). Данный пигмент-белковый комплекс является сенсором и эффектором нефотохимического тушения у цианобактерий и, благодаря своей структурной организации, является удобным модельным объектом для изучения каротиноидов, фотоактивных белков и разработки новых биологических триггерных систем. Актуальность данного направления подтверждается работами, недавно опубликованными в Scientific Reports, PNAS, Science и других высокорейтинговых журналах. Несмотря на достижения последних лет, нативная структура красной – активной формы ОСР не установлена из-за проблем получения стабильных монокристаллов белка, элементы структуры которого обладает большой подвижностью. В связи с этим, получение структурных данных и экспериментальное установление последовательности фотохимических превращений в ОСР представляется возможным только при использовании альтернативных рентгеновской кристаллографии структурных методов - ядерного магнитного резонанса (ЯМР, Nuclear Magnetic Resonance - NMR), малоуглового рентгеновского рассеяния и рассеяния нейтронов (Small Angle X-ray Scattering (SAXS), Small Angle Neutron Scattering (SANS)) в растворе. Для реализации этих задач в рамках данного проекта предусмотрено использование полученного нами штамма Escherichia coli, продуцирующего белок OCP из цианобактерии Synechocystis sp. PCC 6803 и обеспечивающего метаболическое превращение бета-каротина в эхиненон, являющийся хромофором ОСР. Необходимость использования специализированного штамма E. coli продиктована также возможностью получения ряда мутантных форм белка для установления роли определенных аминокислот в акте фотопревращения, а также получения отдельных структурных доменов ОСР. Получение белка, меченого стабильными изотопами 13C и 15N, в комплексе с хромофором позволит провести отнесение сигналов 1H, 13C и 15N в спектрах ЯМР и определить набор спектральных параметров, необходимых для расчета структуры ОСР в растворе. Для изучения фотоциклических превращений ОСР и его мутантных форм будет использован набор спектральных методов: спектрофлуориметрия с высоким (до пс и фс) временным разрешением, корреляционная спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния, что позволит произвести сопоставление между структурными данными и спектральными характеристиками белка. С помощью комбинации SAXS и SANS, а также набора дополнительных методов (например, картирования участков взаимодействия по данным химического «сшивания» с последующей масс-спектрометрической идентификацией «сшитых» пептидов – crosslinking mass-spectrometry) будут впервые получены структурные данные о взаимодействии ОСР с недавно (2010 г.) обнаруженным белком, регулирующим восстановление флуоресценции фикобилисом – Fluorescence Recovery Protein (далее – FRP). Запланированные исследования позволят не только изучить фундаментальные механизмы регуляции нефотохимического тушения флуоресценции у цианобактерий, но также получить информацию о динамике конформационных изменений в фотоактивном белке, а также понять принципы белок-белковых и белок-хромофорных взаимодействий, определяющие уникальные спектральные характеристики данного комплекса. Результаты исследования могут быть использованы для разработки новых белковых сенсорных систем (триггеров) для современных методов исследований биологических систем (в том числе оптогенетики).
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Случанко Н.Н., Слонимский Ю.Б., Ширшин Е.А., Мольденхауэр М., Фридрих Т., Максимов Е.Г.
OCP–FRP protein complex topologies suggest a mechanism for controlling high light tolerance in cyanobacteria
Nature Communications, 9, Article number: 3869 (2018) (год публикации - 2018)
10.1038/s41467-018-06195-0
2.
Слонимский Ю.Б. Максимов Е.Г., Лукашев Е.П., Мольденхауэр М., Джеферс С.М., Свергун Д.И., Фридрих Т., Случанко Н.Н.
Functional interaction of low-homology FRPs from different cyanobacteria with Synechocystis OCP
Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics, Vol. 1859. — P. 382–393. (год публикации - 2018)
10.1016/j.bbabio.2018.03.001
3.
Харис Двир, Вилсон Аджеле, Музиопаппа Фернандо, Случанко Н.Н., Фридрих Томас, Максимов Е.Г., Кириловски Диана, Адир Ноам
Structural rearrangements in the C-terminal domain homolog of Orange Carotenoid Protein are crucial for carotenoid transfer
Communications Biology, 1, Article number: 125 (год публикации - 2018)
10.1038/s42003-018-0132-5
4.
Слонимский Ю.Б., Музопаппа Ф., Максимов Е.Г., Вилсон А., Фридрих Т., Кириловски Д., Случанко Н.Н.
Light-controlled carotenoid transfer between water-soluble proteins related to cyanobacterial photoprotection
The FEBS Journal, Volume 286, Issue 10, Pages 1908-1924 (год публикации - 2019)
10.1111/febs.14803
5.
Голуб М., Мольденхауэр М., Шмитт Ф.-Й., Феоктистов А., Мэндэр Х., Максимов Е.Г., Фридрих Т., Пипер Й.
Solution Structure and Conformational Flexibility in the Active State of the Orange Carotenoid Protein: Part I. Small-Angle Scattering
Journal of Physical Chemistry B (год публикации - 2019)
10.1021/acs.jpcb.9b05071
6.
Голуб М., Мольденхауэр М., Шмитт Ф.-Й., Лохстрок В., Максимов Е.Г., Фридрих Т., Пипер Й.
Solution Structure and Conformational Flexibility in the Active State of the Orange Carotenoid Protein. Part II: Quasielastic Neutron Scattering
Journal of Physical Chemistry B (год публикации - 2019)
10.1021/acs.jpcb.9b05073
7.
Пищальников Р.Ю., Ярошевич И.А., Сластникова Т.А., Ашихмин А.А., Степанов А.В., Слутская Е.А., Фридрих Т., Случанко Н.Н., Максимов Е.Г.
Structural peculiarities of keto-carotenoids in water-soluble proteins revealed by simulation of linear absorption
Physical Chemistry Chemical Physics, 21, 25707 - 25719 (год публикации - 2019)
10.1039/c9cp04508b
8.
Максимов Е.Г., Замараев А.В., Паршина Е.Ю., Слонимский Ю.Б., Сластникова Т.А., Абдрахманов А.А., Бабаев П.А., Ефимова С.С., Остроумова О.С., Степанов А.В., Слуцкая Е.А., Рябова А.В., Фридрих Т. Случанко Н.Н.
Soluble Cyanobacterial Carotenoprotein as a Robust Antioxidant Nanocarrier and Delivery Module
Antioxidants, 9(9), 869, 1-23 (год публикации - 2020)
10.3390/antiox9090869
9.
Максимов Е.Г., Протасова Е.А., Цораев Г.В., Ярошевич И.А., Майдыковский А.И., Ширшин Е.А., Гостев Т.С., Ельцов А., Мольденхауер М., Слонимский Ю.Б., Случанко Н.Н., Фридрих Т.
Probing of carotenoid-tryptophan hydrogen bonding dynamics in the single-tryptophan photoactive Orange Carotenoid Protein
Scientific Reports, 10 (1) 11729 (год публикации - 2020)
10.1038/s41598-020-68463-8
10.
Максимов Е.Г., Лаптев Г.Ю., Блохин Д.С., Клочков В.В., Слонимский Ю.Б., Случанко Н.Н., Фридрих Т., Ченг Ч.-Ф., Польшаков В.И.
NMR resonance assignment and backbone dynamics of a C-terminal domain homolog of Orange Carotenoid Protein
Biomolecular NMR Assignments (год публикации - 2020)
10.1007/s12104-020-09976-1
11.
Слонимский Ю.Б., Максимов Е.Г., Лукашев Е.П., Мольденхауэр М., Фридрих Т., Случанко Н.Н.
Engineering the photoactive orange carotenoid protein with redox-controllable structural dynamics and photoprotective function
Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics, 1861 (5-6), 148174 (год публикации - 2020)
10.1016/j.bbabio.2020.148174
12.
Ярошевич И.А., Максимов Е.Г., Случанко Н.Н., Зленко Д.В., Степанов А.В., Слуцкая Е.А., Слонимский Ю.Б., Бонтаревский В.С., Ремеева А., Гущин И., Ковалев К., Горделий В.И., Шелаев И.
Role of hydrogen bond alternation and charge transfer states in photoactivation of the Orange Carotenoid Protein
Communications Biology, 4, Article number: 539 (год публикации - 2021)
10.1038/s42003-021-02022-3
Публикации
1.
Случанко Н.Н., Слонимский Ю.Б., Ширшин Е.А., Мольденхауэр М., Фридрих Т., Максимов Е.Г.
OCP–FRP protein complex topologies suggest a mechanism for controlling high light tolerance in cyanobacteria
Nature Communications, 9, Article number: 3869 (2018) (год публикации - 2018)
10.1038/s41467-018-06195-0
2.
Слонимский Ю.Б. Максимов Е.Г., Лукашев Е.П., Мольденхауэр М., Джеферс С.М., Свергун Д.И., Фридрих Т., Случанко Н.Н.
Functional interaction of low-homology FRPs from different cyanobacteria with Synechocystis OCP
Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics, Vol. 1859. — P. 382–393. (год публикации - 2018)
10.1016/j.bbabio.2018.03.001
3.
Харис Двир, Вилсон Аджеле, Музиопаппа Фернандо, Случанко Н.Н., Фридрих Томас, Максимов Е.Г., Кириловски Диана, Адир Ноам
Structural rearrangements in the C-terminal domain homolog of Orange Carotenoid Protein are crucial for carotenoid transfer
Communications Biology, 1, Article number: 125 (год публикации - 2018)
10.1038/s42003-018-0132-5
4.
Слонимский Ю.Б., Музопаппа Ф., Максимов Е.Г., Вилсон А., Фридрих Т., Кириловски Д., Случанко Н.Н.
Light-controlled carotenoid transfer between water-soluble proteins related to cyanobacterial photoprotection
The FEBS Journal, Volume 286, Issue 10, Pages 1908-1924 (год публикации - 2019)
10.1111/febs.14803
5.
Голуб М., Мольденхауэр М., Шмитт Ф.-Й., Феоктистов А., Мэндэр Х., Максимов Е.Г., Фридрих Т., Пипер Й.
Solution Structure and Conformational Flexibility in the Active State of the Orange Carotenoid Protein: Part I. Small-Angle Scattering
Journal of Physical Chemistry B (год публикации - 2019)
10.1021/acs.jpcb.9b05071
6.
Голуб М., Мольденхауэр М., Шмитт Ф.-Й., Лохстрок В., Максимов Е.Г., Фридрих Т., Пипер Й.
Solution Structure and Conformational Flexibility in the Active State of the Orange Carotenoid Protein. Part II: Quasielastic Neutron Scattering
Journal of Physical Chemistry B (год публикации - 2019)
10.1021/acs.jpcb.9b05073
7.
Пищальников Р.Ю., Ярошевич И.А., Сластникова Т.А., Ашихмин А.А., Степанов А.В., Слутская Е.А., Фридрих Т., Случанко Н.Н., Максимов Е.Г.
Structural peculiarities of keto-carotenoids in water-soluble proteins revealed by simulation of linear absorption
Physical Chemistry Chemical Physics, 21, 25707 - 25719 (год публикации - 2019)
10.1039/c9cp04508b
8.
Максимов Е.Г., Замараев А.В., Паршина Е.Ю., Слонимский Ю.Б., Сластникова Т.А., Абдрахманов А.А., Бабаев П.А., Ефимова С.С., Остроумова О.С., Степанов А.В., Слуцкая Е.А., Рябова А.В., Фридрих Т. Случанко Н.Н.
Soluble Cyanobacterial Carotenoprotein as a Robust Antioxidant Nanocarrier and Delivery Module
Antioxidants, 9(9), 869, 1-23 (год публикации - 2020)
10.3390/antiox9090869
9.
Максимов Е.Г., Протасова Е.А., Цораев Г.В., Ярошевич И.А., Майдыковский А.И., Ширшин Е.А., Гостев Т.С., Ельцов А., Мольденхауер М., Слонимский Ю.Б., Случанко Н.Н., Фридрих Т.
Probing of carotenoid-tryptophan hydrogen bonding dynamics in the single-tryptophan photoactive Orange Carotenoid Protein
Scientific Reports, 10 (1) 11729 (год публикации - 2020)
10.1038/s41598-020-68463-8
10.
Максимов Е.Г., Лаптев Г.Ю., Блохин Д.С., Клочков В.В., Слонимский Ю.Б., Случанко Н.Н., Фридрих Т., Ченг Ч.-Ф., Польшаков В.И.
NMR resonance assignment and backbone dynamics of a C-terminal domain homolog of Orange Carotenoid Protein
Biomolecular NMR Assignments (год публикации - 2020)
10.1007/s12104-020-09976-1
11.
Слонимский Ю.Б., Максимов Е.Г., Лукашев Е.П., Мольденхауэр М., Фридрих Т., Случанко Н.Н.
Engineering the photoactive orange carotenoid protein with redox-controllable structural dynamics and photoprotective function
Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics, 1861 (5-6), 148174 (год публикации - 2020)
10.1016/j.bbabio.2020.148174
12.
Ярошевич И.А., Максимов Е.Г., Случанко Н.Н., Зленко Д.В., Степанов А.В., Слуцкая Е.А., Слонимский Ю.Б., Бонтаревский В.С., Ремеева А., Гущин И., Ковалев К., Горделий В.И., Шелаев И.
Role of hydrogen bond alternation and charge transfer states in photoactivation of the Orange Carotenoid Protein
Communications Biology, 4, Article number: 539 (год публикации - 2021)
10.1038/s42003-021-02022-3
Публикации
1.
Случанко Н.Н., Слонимский Ю.Б., Ширшин Е.А., Мольденхауэр М., Фридрих Т., Максимов Е.Г.
OCP–FRP protein complex topologies suggest a mechanism for controlling high light tolerance in cyanobacteria
Nature Communications, 9, Article number: 3869 (2018) (год публикации - 2018)
10.1038/s41467-018-06195-0
2.
Слонимский Ю.Б. Максимов Е.Г., Лукашев Е.П., Мольденхауэр М., Джеферс С.М., Свергун Д.И., Фридрих Т., Случанко Н.Н.
Functional interaction of low-homology FRPs from different cyanobacteria with Synechocystis OCP
Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics, Vol. 1859. — P. 382–393. (год публикации - 2018)
10.1016/j.bbabio.2018.03.001
3.
Харис Двир, Вилсон Аджеле, Музиопаппа Фернандо, Случанко Н.Н., Фридрих Томас, Максимов Е.Г., Кириловски Диана, Адир Ноам
Structural rearrangements in the C-terminal domain homolog of Orange Carotenoid Protein are crucial for carotenoid transfer
Communications Biology, 1, Article number: 125 (год публикации - 2018)
10.1038/s42003-018-0132-5
4.
Слонимский Ю.Б., Музопаппа Ф., Максимов Е.Г., Вилсон А., Фридрих Т., Кириловски Д., Случанко Н.Н.
Light-controlled carotenoid transfer between water-soluble proteins related to cyanobacterial photoprotection
The FEBS Journal, Volume 286, Issue 10, Pages 1908-1924 (год публикации - 2019)
10.1111/febs.14803
5.
Голуб М., Мольденхауэр М., Шмитт Ф.-Й., Феоктистов А., Мэндэр Х., Максимов Е.Г., Фридрих Т., Пипер Й.
Solution Structure and Conformational Flexibility in the Active State of the Orange Carotenoid Protein: Part I. Small-Angle Scattering
Journal of Physical Chemistry B (год публикации - 2019)
10.1021/acs.jpcb.9b05071
6.
Голуб М., Мольденхауэр М., Шмитт Ф.-Й., Лохстрок В., Максимов Е.Г., Фридрих Т., Пипер Й.
Solution Structure and Conformational Flexibility in the Active State of the Orange Carotenoid Protein. Part II: Quasielastic Neutron Scattering
Journal of Physical Chemistry B (год публикации - 2019)
10.1021/acs.jpcb.9b05073
7.
Пищальников Р.Ю., Ярошевич И.А., Сластникова Т.А., Ашихмин А.А., Степанов А.В., Слутская Е.А., Фридрих Т., Случанко Н.Н., Максимов Е.Г.
Structural peculiarities of keto-carotenoids in water-soluble proteins revealed by simulation of linear absorption
Physical Chemistry Chemical Physics, 21, 25707 - 25719 (год публикации - 2019)
10.1039/c9cp04508b
8.
Максимов Е.Г., Замараев А.В., Паршина Е.Ю., Слонимский Ю.Б., Сластникова Т.А., Абдрахманов А.А., Бабаев П.А., Ефимова С.С., Остроумова О.С., Степанов А.В., Слуцкая Е.А., Рябова А.В., Фридрих Т. Случанко Н.Н.
Soluble Cyanobacterial Carotenoprotein as a Robust Antioxidant Nanocarrier and Delivery Module
Antioxidants, 9(9), 869, 1-23 (год публикации - 2020)
10.3390/antiox9090869
9.
Максимов Е.Г., Протасова Е.А., Цораев Г.В., Ярошевич И.А., Майдыковский А.И., Ширшин Е.А., Гостев Т.С., Ельцов А., Мольденхауер М., Слонимский Ю.Б., Случанко Н.Н., Фридрих Т.
Probing of carotenoid-tryptophan hydrogen bonding dynamics in the single-tryptophan photoactive Orange Carotenoid Protein
Scientific Reports, 10 (1) 11729 (год публикации - 2020)
10.1038/s41598-020-68463-8
10.
Максимов Е.Г., Лаптев Г.Ю., Блохин Д.С., Клочков В.В., Слонимский Ю.Б., Случанко Н.Н., Фридрих Т., Ченг Ч.-Ф., Польшаков В.И.
NMR resonance assignment and backbone dynamics of a C-terminal domain homolog of Orange Carotenoid Protein
Biomolecular NMR Assignments (год публикации - 2020)
10.1007/s12104-020-09976-1
11.
Слонимский Ю.Б., Максимов Е.Г., Лукашев Е.П., Мольденхауэр М., Фридрих Т., Случанко Н.Н.
Engineering the photoactive orange carotenoid protein with redox-controllable structural dynamics and photoprotective function
Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics, 1861 (5-6), 148174 (год публикации - 2020)
10.1016/j.bbabio.2020.148174
12.
Ярошевич И.А., Максимов Е.Г., Случанко Н.Н., Зленко Д.В., Степанов А.В., Слуцкая Е.А., Слонимский Ю.Б., Бонтаревский В.С., Ремеева А., Гущин И., Ковалев К., Горделий В.И., Шелаев И.
Role of hydrogen bond alternation and charge transfer states in photoactivation of the Orange Carotenoid Protein
Communications Biology, 4, Article number: 539 (год публикации - 2021)
10.1038/s42003-021-02022-3