Лаборатория инженерной энзимологии

IMG_7086-2 Попов Владимир Олегович
Заведующий лабораторией
Научный руководитель ФИЦ Биотехнологии РАН
академик РАН, доктор химических наук, профессор
ИНБИ, корп. 2, комн. 204
Telefone+7 (495) 952-34-41
Envel vpopov@fbras.ru, vpopov@inbi.ras.ru

Основное

ОПИСАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЛАБОРАТОРИИ

Ключевые слова

структурная биология, рентгеноструктурный анализ, криоэлектронная микроскопия, энзимология, структурно-функциональная характеристика белков и ферментов, металлоферменты, белки экстремофильных организмов, мышечная пластичность, ростовые факторы, биотехнологии


Направления исследований

  • Структурно-функциональные исследования макромолекул

– Структурные исследования белков и сложных мультибелковых комплексов
– Структурно-функциональные исследования ферментов экстремофильных организмов. Анализ молекулярных основ адаптации ферментов к работе в условиях крайних температур, высокой и низкой кислотности и высокой солености окружающей среды
– Структурно-функциональные исследования металлоферментов

  • Механизмы мышечной пластичности и роль мышечных ростовых факторов


Основные методы исследований

  • Мы проводим все этапы структурно-функционального исследования макромолекул (белков и их комплексов) от поиска гена целевого белка до получения его 3D структуры, в т.ч.: клонирование и экспрессию; выделение, очистку и полную биохимическую и кинетическую характеристику; пробоподготовку (например, кристаллизацию в случае рентгеноструктурного анализа), получение и анализ пространственной структуры. При анализе пространственных структур мы дополнительно используем методы молекулярного моделирования и динамики
  • Благодаря широким партнерским отношениям для выяснения структуры макромолекул и их комплексов помимо метода рентгеноструктурного анализа мы используем и другие современные методы структурной биологии: малоугловое рентгеновское рассеяние, криоэлектронную микроскопию, ЯМР
  • Мы поддерживаем тесные партнерские отношения с НИЦ «Курчатовский институт», что открывает нам доступ к уникальной исследовательской инфраструктуре Курчатовского научного центра – источнику синхротронного излучения,  высокопроизводительной и прецизионной роботизированной системе кристаллизации макромолекул, одному из самых современных криоэлектронных микроскопов. В рамках Российско-японского сотрудничества мы получаем белковые кристаллы в условиях микрогравитации на Международной Космической Станции
  • У нас налажена работа анаэробного бокса, оснащенного спектрофотометром и микроскопом, позволяющего проводить исследование кинетических и физико-химических свойств белков, чувствительных к кислороду, а также их кристаллизацию в бескислородных условиях. Наличие специального шлюза позволяет транспортировать выросшие кристаллы в дьюары с жидким азотом без потери анаэробности для последующего рентгеноструктурного анализа
  • У нас налажено получение различных линий культур клеток человека и животных. Проводятся исследования морфологических и функциональных характеристик клеток микроскопическими методами (флуоресцентная микроскопия и др.)
  • В лаборатории активно используются методы иммуноферментного анализа, налажено получение моноклональных антител
  • Мы работаем с siRNA и mRNA. Умеем количественно определять mRNA с помощью полимеразной цепной реакции в реальном времени

Проекты лаборатории поддержаны грантами Российского Научного Фонда, Российского Фонда Фундаментальных Исследований, программой Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология» и др.


Краткая история лаборатории

Лаборатория инженерной энзимологии была образована в 1991 году на базе временного научного коллектива «Структурно-функциональные исследования макромолекул». Лаборатория в своем настоящем виде сформировалась в 2002 году после того, как в ее состав был включен отдел ферментов микроорганизмов. В 2014 году в состав лаборатории был включен ряд сотрудников из других лабораторий Института биохимии им.А.Н.Баха.
В 2019 году лаборатория вошла в состав Отдела метаболической инженерии под руководством акад. В.О. Попова

Достижения

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

1.     Структурно-функциональные исследования

В 2010-2020 гг. мы депонировали в банк данных (www.rcsb.org) более 90 пространственных структур белков и их комплексов. Нами получен ряд пространственных структур, имеющих сверхвысокое (атомное) разрешение, например, уридинфосфорилаза из бактерии S.oneidensis (разрешение 0.95А), кристаллы которой получены в условиях микрогравитации. Методом криоэлектронной микроскопии нами получены структуры 48-и гемовой цитохром с нитритредуктазы из Thioalkalivibrio nitratireducens (2.56Å) и человеческой тетрамерной  бутирилхолинэстеразы (7.6Å). Впервые установлена структура тиоцианатдегидрогеназы — TCDH, имеющей не описанное ранее строение активного центра.

В рамках данного направления, работы ведутся по следующим проектам:

1.1  Структурно-функциональные исследования мультигемовых цитохромов

В рамках проекта выделены и охарактеризованы два восьмигемовых цитохрома с с высокой нитритредуктазной активностью (ONR, octaheme nitrite reductase) из галоалкалофильных сероокисляющих бактерий рода Thioalkalivibrio. Методом рентгеноструктурного анализа установлены структуры свободных форм ONR и их комплексов с субстратами и ингибиторами. Охарактеризована роль олигомерной структуры ONR в катализе и стабилизации молекулы.

Показано, что ONR обладают рядом уникальных свойств, которые позволяют выделить их в отдельное семейство восьмигемовых нитритредуктаз. Для исследования механизмов адаптации ферментов из семейства ONR к экстремальным условиям функционирования выделен и охарактеризован ONR из нейтрофильной негалофильной бактерии Geobacter ammonificans. Методом рентгеноструктурного анализа получена пространственная структура ONR из Geobacter ammonificans, проведен сравнительный анализ структур ONR из экстремофильных и неэкстремофильных бактерий.

Для исследования энергетического метаболизма галоалкалофильных бактерий рода Thioalkalivibrio отсеквенирован и аннотирован геном бактерии Tv. nitratireducens, получены и проанализированы транскриптомы и частичный протеом этой бактерии, выращенной в разных условиях. Совместно с лабораторией экологии и геохимической деятельности (д.х.н. Сорокин Д.Ю.) проводится структурно-функциональное исследование ферментов серного и азотного метаболизма бактерий рода Thioalkalivibrio. Выделены и охарактеризованы диссимиляторная сульфитредуктаза, флавоцитохром с сульфиддегидрогеназа, нитратредуктаза. Из бактерии Tv. paradoxus выделен и охарактеризован новый фермент – тиоцианатдегидрогеназа (TcDH). Показано, что TcDH катализирует неописанную ранее реакцию окисления тиоцианата до цианата и элементарной серы. Методами рентгеноструктурного анализа и ЭПР показано, что активный центр нового фермента содержит ранее неизвестный в бионеорганической химии медный кластер, содержащий три иона меди. Начато исследование механизма встраивания ионов меди в активный центр TcDH. Выделен и охарактеризован потенциальный переносчик ионов меди — медь-связывающий белок CopC. Показано, что гены гомологов TcDH содержатся в геномах не менее чем 50 бактерий разных родов и классов, включая бактерии, для которых не показано использование тиоцианата в метаболических процессах. Проводится структурно-функциональное исследование гомологов TcDH для установления потенциальной роли в метаболизме.

Совместно с Отделом биологии экстремофильных микроорганизмов и лабораторией систем молекулярного клонирования проводится работа по структурно-функциональной характеристике мультигемовых цитохромов с, вовлеченных во внеклеточный перенос электронов (ВПЭ) на нерастворимые субстраты в процессах респираторной металлоредукции у термофильных бактерий и архей. Впервые идентифицирован и охарактеризован 11-гемовый цитохром с — один из ключевых компонентов ВПЭ у грам-положительной термофильной бактерии – железоредуктора Сarboxydothermus ferrireducens. Определена его пространственная структура, идентифицирован домен, отвечающий за связывание целевого цитохрома с поверхностным S-слоем клеточной стенки. Показано, что цитохром обладает уникальным строением электрон-транспортной цепи.

 

1.2 Структурно-функциональные исследования ферментов из экстремофильных организмов. Анализ молекулярных основ адаптации ферментов к работе в условиях крайних температур, кислотности и солевой концентрации

Исследования относятся к области структурной геномики и протеомики архей и экстремофильных бактерий. Объектами исследования являются ферменты из гипертермофильных архей, галоалкалофильных, термофильных и психрофильных бактерий, из микроорганизмов-металлоредукторов. В протеоме экстремофилов можно обнаружить ферменты с необычными каталитическими свойствами, с исключительной устойчивостью к агрессивным средам и адаптацией к работе в условиях крайних температур и кислотности, высокой солености и высокой концентрации органических растворителей. Например, в 2014-20155 гг мы охарактеризовали алкогольдегидрогеназу из археи T.sibiricus, которая сохраняет активность в течение 1 часа при 95°С, не денатурирует в 8М мочевине и в 50% DMSO, DMFA, ацетонитриле, метаноле.

В 2018 Г была охарактеризована трансаминаза из психрофильного организма Psychrobacter cryohalolentis, активная при 0-10 °С. Также в настоящее время завершена структурно-функциональная характеристика трансаминазы разветвленных аминокислот из термофильной бактерии Thermobaculum terrenum. Обнаружена исключительная устойчивость фермента в водно-органических смесях с содержанием растворителя до 50%. При этом нами показано, что добавление 15-20% диметилсульфоксида или метанола в реакционную смесь приводит к активации фермента при температурах реакции 50-60°С.

Структурно-функциональное исследование таких ферментов позволяют расширить наши представления о ферментативном катализе и функции белков, анализировать механизмы адаптации к экстремальным средам и факторы стабилизации макромолекул. Полученные сведения позволяют далее конструировать ферменты с высоким биотехнологическим потенциалом.

Совместно с лабораторией систем молекулярного клонирования проведены работы по структурно-функциональной характеристике термостабильных ДНК-лигаз, алкоголь- и альдегиддегидрогеназ, пептидаз и никотинаминаз. Ведутся исследования термостабильных рекомбинантных стереоселективных трансфераз: трансаминаз III, IV и VI классов, транскетолаз и пренилтрансфераз. Ферменты отобраны из геномов термофильных архей из коллекции гипертермофильных организмов лаборатории гипертермофильных микробных сообществ.

В нашей лаборатории ведется исследование функциональных свойств трансаминаз. Трансаминазы (EC 2.6.1.Х) — пиридоксаль-5’-фосфат зависимые трансферазы, которые катализируют обратимый стереоселективный перенос аминогруппы с аминосубстрата на кетон/кетокислоту/альдегид с получением хирального амина/аминокислоты и нового кетосоединения. Хиральные амины и соединения с хиральной аминогруппой представляют значительный интерес как потенциальные лекарственные средства (нейротрансмиттеры, анальгетики, антиаритмические и антидиабетические средства), так и как синтоны для органического синтеза и фармацевтической промышленности (предшественники коэнзимов и сложных липидов, алкалоидов). Во всех организмах трансаминазы являются ключевыми ферментами метаболизма аминокислот. Наши исследования сфокусированы на поиске и характеристике трансаминаз с необычной субстратной специфичностью, которые также отличаются стабильностью в экстремальных условиях и привлекательными для биотехнологии кинетическими характеристиками. Из достижений можно отметить получение структуры архейной трансаминазы разветвленных аминокислот, детальная характеристика трансаминаз IV типа укладки ПЛП-связывающего домена с новым типом субстратной специфичности, анализ структурных детерминант субстратной специфичности у трансаминаз.

 

1.3  Структурные исследования белков и сложных мультибелковых комплексов

Лаборатория участвует в реализации ряда совместных исследований с ведущими научными коллективами страны. Помимо рентгеноструктурного анализа для получения структурной информации мы активно используем такие методы как криоэлектронная микроскопия, малоугловое рентгеновское рассеяние и молекулярная динамика.

Некоторые проекты, реализуемые в настоящее время:

  • Исследование белков и мультибелковых комплексов, контролирующих архитектуру генома у эукариот (совместно с ИБГ РАН)
  • Изучение кальциевых индикаторов, перспективных для визуализации нейрональной активности in vivo и флуоресцентных таймеров для in vivo визуализации и количественного определения продолжительности фаз клеточного цикла (в сотрудничестве с лабораторией нейронаук НИЦ «Курчатовский институт»).
  • Исследование пространственных структур холиновых эстераз (совместно с рядом научных организаций).
  • Исследование структуры комплексов антител с фуллереном С60 и его производными (совместно с лабораторией иммунобиохимии ФИЦ Биотехнологии РАН).
  • Выяснение структуры адсорбционного аппарата бактериофагов (в сотрудничестве с лабораторией вирусов микроорганизмов ФИЦ Биотехнологии РАН).

 

2. Мышечные факторы роста

В рамках данного направления проводится изучение механизмов регуляции экспрессии ростовых факторов семейства ИФР-1 в скелетной мышце. Установлено, что из различных факторов клеточного стресса только гипертермия и ацидификация, т.е. факторы, сопровождающие интенсивное мышечное сокращение, стимулируют экспрессию МРФ. Показано, что глюкокортикоиды блокируют обнаруженный эффект стимуляции, что может служить одним из механизмов развития стероидной миопатии. Показано, что цАМФ активирует синтез системного ИФР-1 и механо-ростового фактора (МРФ) в мышечной ткани, тогда как длительное повышение концентрации иона Са2+ угнетает их экспрессию. Обнаружено, что освобождающиеся из поврежденных мышечных клеток миофибриллярные белки титин и миомезин стимулируют экспрессию МРФ и ИФР-1 в нормальных, неповрежденных клетках, запуская системы мышечной регенерации. Показано, что за проявление этой активности в составе миофибриллярных белков отвечают определенные фибронектиновые домены типа III и иммуноглобулиноподобные домены. Обнаружено, что домены каждого из двух типов имеют свои собственные рецепторы на мембране мышечных клеток, действующие через различные системы внутриклеточного сигналинга. Фибронектиновые домены типа III активируют систему Са2+ — Са2+/калмодулинзависимая протеинкиназа II, а иммуноглобулиноподобные домены – систему аденилатциклаза – цАМФ – протеинкиназа А. Выявлено, что домены титина и миомезина, стимулирующие экспрессию ростовых факторов, активируют и пролиферацию миобластов, причем через те же сигнальные системы. Обнаружено, что митогенный эффект миофибриллярных белков проявляется значительно сильнее в присутствии макрофагов.

Совместно с лабораторией оптимизации экспрессии генов создана дрожжевая система экспрессии механо-ростового фактора (МРФ). Полученный рекомбинантный белок обладает биологической активностью в системах in vitro и in vivo. Созданы высокочувствительные иммуноферментные системы детекции МРФ.

Созданы панели siРНК, ингибирующих экспрессию миостатина в клетках человека и мыши. Разработаны системы доставки данных siРНК в мышечные клетки.

Установлено, что ионы К+, освобождающиеся из скелетномышечной ткани в процессе интенсивного сокращения, стимулируют экспрессию МРФ и ИФР-1, причем эта стимуляция опосредована ионами Са2+. Показана, что МРФ и ИФР-1, секретируемые клетками в ответ на калиевую стимуляцию, активируют пролиферацию миобластов паракринным путём.

Обнаружено, что при воздействии глиикированного альбумина мышечные клетки секретируют такие воспалительные цитокины, как TNFa, IL-1b, IL-6 и CCL-2. В стимуляции задействованы такие сигнальные белки, как JNK, p38 MAPK, MEK1/2, Src,  фосфатидилинозитол-3-киназа, NF-kB и Ca2+/кальмодулин-зависимая протемн киназа II.

 

Сотрудники

СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

ФИО Ученая степень, звание Должность Место работы Городской телефон Внутренний телефон E-mail
1Попов
Владимир Олегович
д.х.н., профессор, академик РАННаучный руководитель/ зав. лабораториейИНБИ, корп. 2, комн. 204(495) 952-34-41169vpopov@inbi.ras.ru
2Бакунова
Алина Константиновна
-м.н.с.ИНБИ, корп. 1, комн. 264(495) 952-25-47-albakunova@mail.ru
3Безсуднова
Екатерина Юрьевна
к.х.н.с.н.с.ИНБИ, корп. 1, комн. 264(495) 952-25-47-eubez@inbi.ras.ru
4Бойко
Константин Михайлович
к.б.н.с.н.с.ИНБИ, корп. 5, комн. 202(495) 660-34-30442kmb@inbi.ras.ru
5Дергоусова
Наталья Ивановна
к.х.н.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 216(495) 952-87-99 -natd2002@mail.ru
6Жуков
Виталий Георгиевич
к.х.н.с.н.с.ИНБИ, корп. 4, комн. 3(495) 952-02-43112, 168zhukov@inbi.ras.ru
7Завьялова
Софья Александровна
-м.н.с.ИНБИ, корп. 1, комн. 264(495) 952-25-47-zavyalovasonya@yandex.ru​
8Загустина
Наталья Алексеевна
к.б.н.с.н.с.ИНБИ, корп. 4, комн. 2(495) 952-02-43112, 168zagust@inbi.ras.ru
9Кравченко
Ирина Валерьевна
к.х.н.с.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 317(495) 954-44-78-ink71@yandex.ru
10Куликова
Ольга Геннадьевна
к.х.н.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 224--kulikovaolgag@mail.ru
11Малыгин
Александр Георгиевич
д.б.н.в.н.с.ИНБИ, корп. 1, комн. 335(495) 954-40-84-agmalygin@mail.ru
12Николаева
Алена Юрьевна
-м.н.с.ИНБИ, корп. 1, комн. 246(495) 952-36-81-aishome@mail.ru
13Сафонова
Татьяна Николаевна
к.х.н.И.о. с.н.с.ИНБИ, корп. 1, комн. 246(495) 952-36-81-tn_safonova@inbi.ras.ru
14Тихонова
Тамара Викторовна
к.х.н.с.н.с., зам. зав. лабораториейИНБИ, корп. 2, комн. 216(495) 952-87-99-ttikhonova@inbi.ras.ru
15Устинникова
Татьяна Борисовна
к.б.н.с.н.с.ИНБИ, корп. 1, комн. 246(495) 952-36-81-tustinn@inbi.ras.ru
16Фуралев
Владимир Александрович
к.х.н.с.н.с.ИНБИ, корп. 2, комн. 317(495) 954-44-78-furalyov@inbi.ras.ru

Оборудование

УНИКАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ


Название оборудования/ коллекции Место нахождения
1 Анаэробный бокс, оснащенный спектрофотометром для проведения кинетического анализа белков в бескислородных условиях и микроскопом для контроля процесса роста белковых кристаллов в бескислородных условиях ИНБИ, корп. 2, комн. 226
2 Кристаллизационная комната с постоянной температурой, оснащенная двумя дополнительными инкубаторами для кристаллизации белков при разных температурах и поляризационным микроскопом для контроля за процессом роста и качеством белковых кристаллов ИНБИ, корп. 2, комн. 226
3 Хроматографический холодильник, оснащенный хроматографом низкого давления, для выделения белков при низких температурах ИНБИ, корп. 2, комн. 216
4 Хроматографы высокого давления, оснащенные набором колонок для выделения и очистки белков ИНБИ, корп. 1, комн. 265
5 Прибор CFX96 RT System (BioRad ) для проведения ПЦР в режиме реального времени. Метод позволяет измерять экспрессию различных генов на уровне мРНК. В лаборатории используется для изучения экспрессии факторов роста и дифференцировки мышечной ткани ИНБИ, корп. 2. комн. 317
6 Флуоресцентный микроскоп DMLB (Leica) используется для флуоресуцентной микроскопии. Метод позволяет визуализовать локализацию изучаемых макромолекул во внутриклеточных компартментах. В лаборатории используется для изучения направленного транспорта молекул siРНК в мышечные клетки ИНБИ, корп. 2, комн. 317
7 Бокс для работы с культурами клеток млекопитающих ИНБИ, корп. 2. комн. 325

 

РИД

РЕЗУЛЬТАТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ (патенты, полезные модели, базы данных, ноу-хау и пр.)
Регистрационный номер Тип Название Авторы Заявитель/ патентообладатель Дата приоритета Дата публикации
1 125449 Патент на изобретение РФ Устройство для отбора пробы слезной жидкости Попов В.О.,
Липкин А.В.,
Панкратов Д.В.,
Зейфман Ю.С.,
Шлеев С. В.,
Андоралов В.М.
Курчатовский институт 24.10.12 10.03.13
 2 2509154 Патент на изобретение РФ Рекомбинантная плазмида pHisTevTSIB0821, трансформированный ею штамм Escherichia coli Rosetta (DE3)/pHisTevTSIB0821 и способ получения рекомбинантной пролизады TSIB_0821 Попов В.О.,
Фатеева Т.В.,
Юдкина О.В.,
Корженевский Д.А.,
Ракитина Т.В.,
Черкашина А.С.,
Слуцкая Э.С.,
Липкин А.В.
Курчатовский институт 16.10.12 10.03.14
3 2537555 Патент на изобретение РФ Корм сухой полнорациональный для собак крупных пород сбалансированного аминокислотного состава с доказанными био-функциональными свойствами (варианты) Королева О.В.,
Лисицкая К.В.,
Николаев И.В.,
Торкова А.А.,
Попов В. О.,
Лаптев Г.Ю.,
Никонов И.Н.
ФИЦ Биотехнологии РАН 09.10.12 20.04.14
4 2495509 Патент на изобретение РФ Способ получения композитного материала для электрода суперконденсатора. Изобретение к патенту Попов В.О.,
Липкин А.В.,
Ярополов А.И.,
Шумакович Г.П.,
Морозова О.В.,
Панкратов Д.В.,
Васильева И.С.,
Зейфман Ю.С.,
Отрохов Г.В.
Курчатовский институт 23.07.12 10.10.13
5 2413422 Патент на изобретение РФ Способ производства кормовой белковой добавки с высокой усвояемостью из перо-пухового сырья для домашних животных и птицы на основе кратковременной температурной обработки Бреннер В.В.,
Волик В.Г.,
Исмаилова Д.Ю.,
Петровичев В.А.,
Попов В.О.,
Мазур В.М.,
Черноусов В.И.
ООО «РОСАНА» 16.10.09 10.03.11
6 2413766 Патент на изобретение РФ Термостабильная алкогольдегидрогеназа из археи Thermococcus sibricus Безсуднова Е.Ю.,
Бонч-Осмоловская Е.А.,
Гумеров В.М.,
Марданов А.В.,
Попов В.О.,
Равин Н.В.,
Скрябин К.Г.,
Стеханова Т.Н.
ФИЦ Биотехнологии РАН 16.10.09 10.03.11
7 2393228 Патент на изобретение РФ Способ получения пищевых волокон Попов В.О.,
Терёшина В.М.,
Меморская А.С.,
Феофилова Е.П.,
Королева О.В.,
Гальченко В.Ф.
ФИЦ Биотехнологии РАН 25.07.08 27.06.10
8 2361918 Патент на изобретение РФ Штамм мицелиального гриба Penicillium verruculosum – Продуцент комплекса целлюлаз, ксилланазы и ксилоглюканазы для гидролиза целлюлозы и гемицеллюлозы. Синицын А.П.,
Окунев О.Н.,
Черноглазов В.М.,
Синицына О.А.,
Попов В.О.
ФИЦ Биотехнологии РАН 26.02.08 20.07.09
9 2344173 Патент на изобретение РФ Кассета и рекомбинантная плазмида для экспрессии и секреции механозависимого фактора роста человека (MGF), штамм Saccharomyces cerevisiae- продуцент MGF и способ получения MGF Керученько Я.С.,
Хотченков В.П.,
Попов В.О.,
Морозкина Е.В.,
Марченко А.Н.,
Беневоленский С.В.
ФИЦ Биотехнологии РАН 27.10.06 20.01.09

 

Публикации

ЗНАЧИМЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

По направлению «Мультигемовые цитохромы»:

  1. Tikhonova TV, Sorokin DY, Hagen WR, Khrenova MG, Muyzer G, Rakitina TV, Shabalin IG, Trofimov AA, Tsallagov SI, Popov VO. Trinuclear copper biocatalytic center forms an active site of thiocyanate dehydrogenase. Proc Natl Acad Sci U S A. (2020) 117(10):5280-5290.
  2. Tsallagov SI, Sorokin DY, Tikhonova TV, Popov VO, Muyzer G. Comparative Genomics of Thiohalobacter thiocyanaticus HRh1T and Guyparkeria sp. SCN-R1, Halophilic Chemolithoautotrophic Sulfur-Oxidizing Gammaproteobacteria Capable of Using Thiocyanate as Energy Source. Front Microbiol. (2019) 10:898.
  3. Osipov EM, Lilina AV, Tsallagov SI, Safonova TN, Sorokin DY, Tikhonova TV, Popov VO. Structure of the flavocytochrome c sulfide dehydrogenase associated with the copper-binding protein CopC from the haloalkaliphilic sulfur-oxidizing bacterium Thioalkalivibrio paradoxusARh 1. Acta Crystallogr D Struct Biol. (2018) 74(Pt 7):632-642.
  4. Scheiblbrandner S, Breslmayr E, Csarman F, Paukner R, Führer J, Herzog PL, Shleev SV, Osipov EM, Tikhonova TV, Popov VO, Haltrich D, Ludwig R, Kittl R. Evolving stability and pH-dependent activity of the high redox potential Botrytis aclada laccase for enzymatic fuel cells. Sci Rep. (2017) 7(1):13688
  5. Тrofimov A.A., Polyakov K.M., Lazarenko V.A., Popov A.N., Tikhonova T.V., Тikhonov А.V., Popov V.O. Structural study of the X-ray induced enzymatic reaction of octaheme cytochrome c nitrite reductase. Acta Crystallographica D. (2015) v. 71, N5, 1087-94
  6. Doyle R.M., Marritt S.J., Gwyer J.D., Lowe T.G., Tikhonova T.V., Popov V.O., Cheesman M.R., Butt J.N. Contrasting catalytic profiles of multiheme nitrite reductases containing CxxCK heme-binding motifs. J. Biol. Inorg. Chem. (2013) 18, 655-667
  7. Tikhonova T.V., Tikhonov A.V., Trofimov A.A., Polyakov K.M., Boyko K.M., Cherkashin  E.A., Rakitina T.V., Sorokin D.Y., Popov V.O. Comparative structural and functional analysis of two octaheme nitrite reductases from closely related Thioalkalivibrio species. FEBS Journal (2012), v. 279, N 21, 4052–4061
  8. Trofimov A.A., Polyakov K.M., Tikhonova T.V., Tikhonov A.V., Safonova T.N., Boyko K.M., Dorovatovskii P.V., Popov V.O. Covalent modifications of catalytic tyrosine in octahaem cytochrome c nitrite reductase and their effect on the enzyme activity. Acta Crystallographica Sect D. (2012), v. D68, 144–153
  9. Tamara V Tikhonova, Konstantin M Polyakov, Konstantin M Boyko, Tatiana N Safonova, Vladimir O Popov Octaheme cytochrome c nitrite reductase. in Handbook of Metalloproteins, ed A. Messerschmidt, John Wiley: Chichester. (2010) DOI: 10.1002/0470028637.met276.
  10. Konstantin M. Polyakov, Konstantin M. Boyko, Tamara V. Tikhonova, Alvira Slutsky, Alexey N. Antipov, Renata A. Zvyagilskaya, Alexandre N. Popov, Viktor S. Lamzin and Vladimir O. Popov High-Resolution Structural Analysis of a Novel Octaheme Cytochrome c Nitrite Reductase from the Haloalkaliphilic Bacterium Thioalkalivibrio nitratireducens. J.Mol.Biol. (2009) v. 389, N 5, 846-862

 

По направлению «Структурные исследования белков и сложных мультибелковых комплексов»:

  1. Bonchuk A, Kamalyan S, Mariasina S, Boyko K, Popov V, Maksimenko O, Georgiev P. «N-terminal domain of the architectural protein CTCF has similar structural organization and ability to self-association in bilaterian organisms» Sci Rep. 2020 Feb 14;10(1):2677.
  2. Oksana M. Subach, Vladimir P. Sotskov, Viktor V. Plusnin, Anna M. Gruzdeva, Natalia V. Barykina, Olga I. Ivashkina, Konstantin V. Anokhin, Alena Y. Nikolaeva, Dmitry A. Korzhenevskiy, Anna V. Vlaskina, Vladimir A. Lazarenko, Konstantin M. Boyko, Tatiana V. Rakitina, Anna M. Varizhuk, Galina E. Pozmogova, Oleg V. Podgorny, Kiryl D. Piatkevich, Edward S. Boyden, Fedor V. Subach “Novel genetically encoded bright positive calcium indicator NCaMP7 based on the mNeonGreen fluorescent protein”, 2020, International Journal of Molecular Sciences, 21(5). pii: E1644. doi: 10.3390/ijms21051644.
  3. Konstantin Boyko, Marya Kryukova, Lada Petrovskaya, Alena Nikolaeva, Dmitry Korzhenevsky, Ksenia Novototskaya-Vlasova, Elizaveta Rivkina, Dmitry Dolgikh, Mikhail Kirpichnikov, Vladimir Popov Crystal structure of PMGL2 esterase from the hormonesensitive lipase family with GCSAG motif around the catalytic serine. Plos One. 2020, 15(1):e0226838
  4. Alekseeva MG, Boyko KM, Nikolaeva AY, Mavletova DA, Rudakova NN, Zakharevich NV, Korzhenevskiy DA, Ziganshin RH, Popov VO, Danilenko VN. Identification, functional and structural characterization of novel aminoglycoside phosphotransferase APH(3″)-Id from Streptomyces rimosus subsp. rimosus ATCC 10970. Arch Biochem Biophys. 2019 Jun 25. pii: S0003-9861(19)30045-1. doi:10.1016/j.abb.2019.06.008
  5. Konstantin M. Boyko, Timur N Baymukhametov, Yury M Chesnokov, Michael Hons, Sofya V Lushchekina, Petr V Konarev, Alexey V Lipkin, Alexandre L Vasiliev, Ph.D. Patrick Masson, Vladimir O Popov, Michail V Kovalchuk 3D structure of the natural tetrameric form of human butyrylcholinesterase as revealed by cryoEM, SAXS and MD Biochimie. (2019) 156, 196-205 https://doi.org/10. 1016/j.biochi.2018.10.017.
  6. Т. Н. Баймухаметов, Ю. М. Чесноков, Е. Б. Пичкур, К. М. Бойко, Т. В. Тихонова, А. Г. Мясников, А. Л. Васильев, А. В. Липкин, В. О. Попов, М. В. Ковальчук «ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ЦИТОХРОМ C НИТРИТРЕДУКТАЗЫ, ПОЛУЧЕННАЯ МЕТОДОМ КРИО-ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ» Acta Naturae, 2018, ТОМ 10 № 3 (38), 31-40
  7. Konstantin Boyko, Tatiana Rakitina, Dmitry Korzhenevskiy, Anna Vlaskina, Yuliya Agapova, Dmitry Kamashev, Sergey Kleymenov, Vladimir Popov Structural basis of high thermal stability of histone-like HU protein from mollicute Spiroplasma melliferum KC3 Scientific Reports. (2016) 6, 36366; doi: 10.1038/srep36366.
  8. Konstantin M. Boyko, Marina A. Gorbacheva, Dmitry A. Korzhenevskiy, Maria G. Alekseeva, Dilara A. Mavletova, Natalia V. Zakharevich, Sergey M. Elizarov, Natalia N. Rudakova, Vladimir O. Popov, Valery N. Danilenko Structural characterization of the novel aminoglycoside phosphotransferase AphVIII from Streptomyces rimosus with enzymatic activity modulated by phosphorylation. Biochemical and Biophysical Research Communications. (2016). 477(4), 595–601.
  9. Osipov EM, Polyakov KM,  Kittl R, Shleev S, Dorovatovsky P, Tikhonova T., Hann S., Ludwig R. and  Popov V. Effect of the L499M mutation of ascomycetous Botrytis acladalaccase on redox potential and catalytic properties. Acta Crystallographica Sect. D (2014) v. 70, 2913-2923
  10. T. N. Safonova, Mikhailov S.N., Veiko V.P.,  Mordkovich, N.N., Manuvera V.A., Alekseev C.S., Kovalchuk M.V., Popov V.O., Polyakov K.M. High-syn conformation of uridine and asymmetry of the hexameric molecule revealed in the high-resolution structures of Shewanella oneidensis MR-1 uridine phosphorylase in the free form and in complex with uridine. Acta Crystallographica Sect. D (2014) v. 70, N 12, 3310–3319

 

По направлению «Структурно-функциональные исследования ферментов из экстремофильных организмов. Анализ молекулярных основ адаптации ферментов к работе в условиях крайних температур, кислотности и солевой концентрации»:

  1. Ekaterina Yu. Bezsudnova, Vladimir O. Popov and Konstantin M. Boyko “Structural insight into the substrate specificity of PLP fold type IV transaminases” Applied Microbiology and Biotechnology, 2020, doi: 10.1007/s00253-020-10369-6
  2. Michail N. Isupov, Konstantin M. Boyko, Jan-Moritz Sutter, Paul James, Christopher Sayer, Marcel Schmidt, Peter Schoenheit, Alena Yu. Nikolaeva, Tatiana N. Stekhanova, Andrey V. Mardanov, Nikolai V. Ravin, Ekaterina Yu. Bezsudnova, Vladimir O. Popov and Jennifer A. Littlechild “Thermostable Branched-Chain Amino Acid Transaminases From the Archaea Geoglobus acetivorans and Archaeoglobus fulgidus: Biochemical and Structural Characterization” Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2019, Volume 7, article 7, doi: 10.3389/fbioe.2019.00007
  3. Ekaterina Yu. Bezsudnova, Konstantin M. Boyko, Alena Yu. Nikolaeva, Yulia S. Zeifman, Dmitry A. Suplatov, Tatiana V. Rakitina, and Vladimir O. Popov «Biochemical and structural insights into PLP fold type IV transaminase from Thermobaculum terrenum», Biochemie, 2018, 158:130-138.
  4. Petrova TE, Boyko KM, Nikolaeva AY, Stekhanova TN, Gruzdev EV, Mardanov AV, Stroilov VS, Littlechild JA, Popov VO, Bezsudnova EY. Structural characterization of geranylgeranyl pyrophosphate synthase GACE1337 from the hyperthermophilic archaeon Geoglobus acetivorans. Extremophiles. (2018) 22, 6:877–888. doi: 10.1007/s00792-018-1044-5.
  5. Ekaterina Yu. Bezsudnova, Tatiana N. Stekhanova, Anna V. Popinako, Tatiana V. Rakitina, Alena Yu. Nikolaeva, Konstantin M.Boyko and Vladimir O. Popov Diaminopelargonic acid transaminase from Psychrobacter cryohalolentis is active towards (S)-(-)-1-phenylethylamine, aldehydes and α-diketones. Appl. Microbiol. Biotechnol. (2018) DOI: 10.1007/s00253-018-9310-0.
  6. Bezsudnova, Ekaterina Yu.; Dibrova, Daria V.; Nikolaeva, Alena Yu.; Rakitina Tatiana V., Popov Vladimir O. Identification of branched-chain amino acid aminotransferases active towards (R)-(+)-1-phenylethylamine among PLP fold type IV transaminases. J. of Biotechnology (2018) 271: 26-28. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2018.02.005.
  7. Konstantin Boyko, Tatiana Stekhanova, Alena Nikolaeva, Andrey V. Mardanov, Andrey L. Rakitin, Nikolai V. Ravin, Ekaterina Bezsudnova and Vladimir Popov «First structure of archaeal branched-chain amino acid aminotransferase from Thermoproteus uzoniensis specific for L-amino acids and R-amines» Extremophiles (2016) 20(2), 215–225
  8. Ekaterina Yu. Bezsudnova, Tatiana E. Petrova, Anna V. Popinako, Mikhail Yu. Antonov, Tatiana N. Stekhanova and Vladimir O. Popov. «Intramolecular hydrogen bonding in the polyextremophilic short-chain dehydrogenase from the archaeon Thermococcus sibiricus and its close structural homologs» Biochemie (2015) v.118, 82-89
  9. Stekhanova T., Bezsudnova E., Mardanov A., Gumerov V., Artemova N., Kleymenov S., Popov V. «Sodium chloride-induced modulation of the activity and thermal stability of short-chain oxidoreductase from Thermococcus sibiricus» Appl Biochem Biotech. (2013) 171, 1877–1889
  10. Bezsudnova Е., Boyko К., Polyakov К., Dorovatovskiy Р., Stekhanova Т., Gumerov V., Ravin N., Skryabin K., Kovalchuk M., Popov V. «Structural insight into the molecular basis of polyextremophilicity of short-chain alcohol dehydrogenase from the hyperthermophilic archaeon Thermococcus sibiricus» Biochimie (2012) 94, 2628-2638

 

По направлению «Мышечные факторы роста»:

  1. Kravchenko IV, Furalyov VA, Popov VO. Glycated albumin stimulates expression of inflammatory cytokines in muscle cells. Cytokine. 2020 Apr;128:154991. doi: 10.1016/j.cyto.2020.154991.
  2. Kravchenko IV, Furalyov VA, Popov VO. Potassium chloride released from contracting skeletal muscle may stimulate development of its hypertrophy. Biochemistry and Biophysics Reports. 2019; v. 18: 100627
  3. Kravchenko I.V., Furalyov V.A., Popov V.O. Specific titin and myomesin domains stimulate myoblast proliferation. Biochemistry and Biophysics Reports (2016) 9, 226–231.
  4. Kravchenko IV, Furalyov VA, Chatziefthimiou S, Wilmanns M, Popov VO. «Induction of insulin-like growth factor 1 splice forms by subfragments of myofibrillar proteins» Mol Cell Endocrinol (2015) v. 399, p. 69–77
  5. Фуралёв В.А., Кравченко И.В., Попов В.О. «Направленная доставка siРНК в дифференцированные миотубы мыши в культуре с помощью конъюгата катионного олигопептида с токсином FS2» Биохимия (2013) 78, 541–547
  6. Kravchenko I.V., Furalyov V.A., Popov V.O. «Stimulation of mechano-growth factor expression by myofibrillar proteins in murine myoblasts and myotubes» Molecular and cellular biochemistry (2012) v.363, N1-2, p.347-355
  7. Kravchenko I.V., Furalyov V.A., Lisitsina E.S., Popov V.O. «Stimulation of mechano-growth factor expression by second messengers» Archives of biochemistry and biophysics (2011) v. 507, N2, p. 323-331
  8. Фуралёв В.А., Кравченко И.В., Попов В.О. «Малые интерферирующие РНК к гену миостатина человека» Молекулярная биология (2009) 43, 4, 636-641
  9. Kravchenko IV, Furalyov VA, Khotchenkov VP, Popov VO. «Hyperthermia and acidification stimulate mechano-growth factor synthesis in murine myoblasts and myotubes» Biochemical and Biophysical Research Communications (2008) v. 375, p. 271-274
  10. Kravchenko I.V., Furalyov V.A., Khotchenkov V.P., Popov V.O. «Monoclonal Antibodies to Mechano-growth Factor» Hybridoma (2006) v. 25, N 5, 300-305

ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ ГРАНТЫ И ХОЗДОГОВОРА (2014-2015гг.)

№ пп Наименование работы № лота, контракта, соглашения, субсидии Финансирующая организация Наименование программы Период проведения работ Соисполнитель Руководитель работ
1. Исследование митогенных и дифференцировочных эффектов миофибриллярных белков титина и тиомезина, а также их отдель-ных доменов, на мышечные клетки 15-04-06229 Российский фонд фундаментальных исследований 22015-2017 Кравченко И.В.
2. Структурно-функциональные исследования белков экстремофильных микроорганизмов 14-24-00172 Российский научный фонд 2014 — 2016 Попов В.О.
3. Молекулярные основы индукции синтеза механо-ростового фактора Программа РАН МКБ 2013-2016 Попов В.О.
4. Структурно-функциональные исследования ключевых ферментов серного метаболизма галоалкалофильных серуокис-ляющих бактерий рода Thioalkalivibrio, формулировка структурных основ адаптации к экстремальным условиям функ-циионирования 13-04-01296 Российский фонд фундаментальных исследований 2013-2015 Тихонова Т.В.
5. Разработка методики 6получения, выделения и оч8истки, опр9еделение условий кристаллизации белков. Участие в сеансах КЭ «Кристаллизатор» в основных экспедициях 2015 гг. Обработка результатов КЭ «Кристаллизатор», проведенных 2015 году на аппаратуре «JAXA-PCG» 1313.15.01 Институт кристаллографии РАН 2009 — 2015 Бойко К.М.
6. Договор № 588-01 на выполнение НИР по теме: «Кристаллографические исследования новых термостабильных трансаминаз» OOO «МолТех» 2014-2014 Липкин А.В.
7. Кинетические и структурные особенности новой альдегид-дегидрогеназы из термофильной археи Pyrobacullum sp.1860 13-04-00798 Российский фонд фундаментальных исследований 2013-2014 Безсуднова Е.Ю.
8. Исследования физиологических индукторов экспрессии МРФ 12-04-01090-а Российский фонд фундаментальных исследований 2012-2014 Кравченко И.В.
9. Структурно-функциональные исследования убиквитин лигазы (Е3) паркин, компоненты убиквитин-протеасомной системы 12-04-01223-а Российский фонд фундаментальных исследований 2012-2014 Качалова Г.С.

 

Международные проекты

МЕЖДУНАРОДНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО
№ пп Фонд/ программа
Акроним Наименование проекта на английском языке Наименование проекта на русском языке Период проведения работ Страны-участницы Сайт проекта
1. Седьмая Рамочная Программа Европейского Сообщества Prospare PROgress in Saving Protein And Recovering Energy ПРОгресс в Сохранении Протеинов и Восстановлении Энергии 2008-2011 Россия, Италия, Бельгия http://www.prospare.eu/
2. The ERA.Net RUS Thermogene Novel thermostable enzymes for industrial biotechnology Новые термостабильные ферменты для промышленной биотехнологии 2013-2016 Великобритания, Германия, Норвегия, Россия
3. Российское Космическое Агентство/Японское космическое агентство Кристаллизатор Проведение Космического Эксперимента «Кристаллизатор» на аппаратуре «JAXA-PCG» 2009-2024 Россия, Япония
4. ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 — 2020 годы» Structural studies of the proteins controlling genome architecture and gene expression of the eucariots using ESRF facilities Исследование пространственной структуры белков, контролирующих архитектуру генома и регуляцию экспрессии генов у эукариот, с использованием возможностей Европейского центра синхротронного излучения 2015 Россия, Франция
5. ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 — 2020 годы» Laseromix Research and development for biological XFEL experiments Разработка научных основ применения рентгеновских лазеров на свободных электронах для биологических исследований 2014-2017 Россия, Германия http://www.embl-hamburg.de/Laseromix/

 

В рамках работ по структурным исследованиям лаборатория сотрудничает с ведущими международными научными центрами, работающими в области структурной биологии: EMBL (Гамбург, Германия), ESRF (Гренобль, Франция), Spring8 (Хиого, Япония), BESSY (Берлин, Германия), Argone (Чикаго, США).

В рамках работ по направлению «Мышечные факторы роста» лаборатория сотрудничает с группой М.Вильманса (EMBL, Гамбург, Германия)

 

Диссертации

ЗАЩИЩЕННЫЕ ДИССЕРТАЦИИ
Диссертант Диссертация Тема работы Научный руководитель/ консультант
Год защиты
1 Хоменков В.Г. кандидатская Использование методов геносистематики для изучения видового состава и метаболического потенциала микроорганизмов-деструкторов ароматических ксенобиотиков Попов В.О. 2005
 2 Бойко К.М. кандидатская Структурно-функциональные исследования цитохром с нитритредуктазы из галоалкалофильной бактерии Thioalkalibrionitratireducens Попов В.О. 2006
 3 Садыхов Э.Г. кандидатская Получение, термостабильность и структурные исследования формиатдегидрогеназы из различных источников Попов В.О. 2007
 4 Слуцки А.С. кандидатская Исследование каталитических свойств мультигемовой нитритредуктазы из галоалкалофильной бактерии Thioalkalibrio nitratereducens Попов В.О. 2008
 5 Шабалин И.Г. кандидатская Структурное исследование НАД-зависимых формиатдегидрогеназ из различных организмов Попов В.О. 2010
 6 Трофимов А.А. кандидатская Структуры комплексов восьмигемовой цитохром С нитритредуктазы из Thioalkalibrio nitratereducens с субстратами, продуктами и ингибиторами Попов В.О. 2011
 7 Тихонов А.В. кандидатская Восьмигемовые нитритредуктазы из галоалкалофильных бактерий рода Thioalkalibrio: каталитические свойства, структура, механизм адаптации Попов В.О. 2012
 8 Зейфман Ю.С. кандидатская Нанобиокомпозитные материалы с использованием оксидоредуктаз: получение, совйства и применение Попов В.О. 2013

 

Услуги

КОНТРАКТНЫЕ УСЛУГИ (которые лаборатория готова оказать на хоздоговорной основе)
  • Получение пространственных структур белков и белковых комплексов

Знания о пространственной структуре макромолекул незаменимы при исследовании на современном уровне механизмов функционирования сложных биологических комплексов, ответственных за большинство процессов в живой клетке, разработке новых биокатализаторов и фармпрепаратов.

Мы оказываем услуги по установлению 3D структуры белков и их комплексов. Объекты для исследования могут представлять собой как очищенные (частично очищенные) препараты, так и гены целевых белков. Основным используемым методом исследования является наиболее широко применимый в настоящее время метод рентгеноструктурного анализа. В то же время в зависимости от поставленных задач могут быть привлечены другие методы структурного исследования: малоугловое рентгеновское рассеяние, криоэлектронная микроскопия, ЯМР-спектроскопия.

Для проведения структурных исследований используется широкий спектр современного оборудования. В процессе исследования могут быть задействованы возможности партнерских центров, работающих в области структурных исследований.

Результатом выполненных работ является уточненная пространственная структура исследуемого объекта. По желанию может быть проведен детальный анализ полученных структурных данных.

Работы могут выполняться как на безвозмездной (совместные публикации), так и на возмездной основе. Стоимость работ зависит от их сложности и оценивается индивидуально.

 

Награды

НАГРАДЫ, ПРЕМИИ, ОТЛИЧИЯ, БЛАГОДАРНОСТИ (за научную и научно-организационную деятельность)
Сотрудники Вид премии/ награды Наименование премии/ награды Год присуждения
1 Бойко К.М.
Попов В.О.
Премия журнала Biochimie за лучшую статью года
(Article of the Year Award)
За статью «3D structure of the natural tetrameric form of human butyrylcholinesterase as revealed by cryoEM, SAXS and MD» 2019
2 Попов В.О. Избран действительным членом Российской академии наук 2019
3 Попов В.О. Премия имени Е.С. Федорова (премия РАН) За цикл работ «Структурная биология макромолекул, значимых для биотехнологии и медицины» 2018
4 Попов В.О.
(соавторы — Савицкий А.П., Савицкая А.В.​ , Садыхов Э.Г., Жученко Л.А., Ходунова А.А., Байков А.Д., Дзантиев Б.Б., Бызова Н.А., Жердев А.В.)
Премия Правительства Российской Федерации 2010 года в области науки и техники За создание и внедрение в отечественную практику биотехнологических методов анализа для решения социально значимых задач неонатального скрининга, контроля наркопотребления и безопасности продуктов питания 2011
5 Попов В.О.,
Загустина Н.А.,
Жуков В.Г.
(соавторы — Безбородов А.М., Курлович А.Е., Рогожин И.С., Улезло И.В., Копылов В.Н., Орлов А.Е., Растегаев А.Г., Галецкий А.В., Пискунов М.В., Ушакова Н.А.)
Премия Правительства Российской Федерации 1997 года в области науки и техники За создание технологии биологической очистки воздуха от техногенных выбросов летучих органических соединений 1997
6 Попов В.О.,
Тихонова Т.В.
Премия Международной академической издательской компании «Наука/Интерпериодика» За лучшую публикацию в журналах РАН 2008
7 Бойко К.М. Стипендия Президента Российской Федерации За работу «Структурная характеристика белков, перспективных для применения в биомедицине и промышленной биотехнологии» 2012
(на 3 года)
8 Бойко К.М. Стипендия им. В.Л. Кретовича За работу «Структурное исследование цитохром с нитритредуктазы из экстремофильной бактерии Thioalkalivibrio nitratireducens» 2005