Разработка масс-спектрометрических методов анализа сверхсложных смесей биологического происхождения и структур составляющих их молекул с использованием масс-спектрометрии сверхвысокого разрешения и методов изотопного обмена

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 19-14-00306

НазваниеРазработка масс-спектрометрических методов анализа сверхсложных смесей биологического происхождения и структур составляющих их молекул с использованием масс-спектрометрии сверхвысокого разрешения и методов изотопного обмена

Руководитель Николаев Евгений Николаевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий» , г Москва

Конкурс №35 - Конкурс 2019 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 Постгеномные технологии, масс-спектрометрия, ионный циклотронный резонанс, сверхвысокое разрешение, динамическая гармонизация, протеомика, пептидомика, метаболомика, липидомика

Код ГРНТИ34.15.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Масс-спектрометрия является одним из важнейших аналитических методов исследования веществ во всех агрегатных состояниях. Ее востребованность в современной науке (в первую очередь, в науках о жизни) обусловлена высокой информативностью: возможностью идентификации анализируемых молекул и возможностью определения первичной, а зачастую - в случае белковых молекул - вторичной и третичной структур. Научная школа мирового уровня, созданная Н.Н. Семеновым, В.Н. Кондратьевым, В.Л. Тальрозе и другими выдающимися учеными РАН, пережила тяжелые два десятилетия, но сохранилась и вела исследования и разработки на мировом уровне без какой-либо возможности обновить парк научных приборов. Исследования, проводимые представителями этой школы на базе ИНЭПХФ РАН, были продолжены в двух других организациях, МФТИ и Сколтехе, куда часть сотрудников перешла на протяжении последних лет. Предлагаемая заявка — это программа дальнейших действий в направлении сохранения школы по объединению и сосредоточению ее усилий на важнейших направлениях применения современных методов масс-спектрометрии. На протяжении последних пяти лет коллектив заявляемого проекта, возглавляемый профессором Евгением Николаевичем Николаевым, выполнял исследования по гранту РНФ в рамках конкурса 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований коллективами существующих научных лабораторий (кафедр)». В процессе выполнения проекта были получены существенные научные результаты, которые были опубликованы в ведущих журналах в области масс-спектрометрии, аналитической химии и наук о жизни. Изобретенные коллективом заявителей ловушки Пеннинга и полученные в последние годы результаты исследований свойств этих ловушек применяются в масс-спектрометрах фирмы Bruker Daltonics: SOLARIX, scimaX и в 21T FT ICR масс-спектрометре NHMFL (Национальная лаборатория сильных магнитных полей, Таллахасси, США). В заявленном проекте мы предполагаем продолжить проведенные в предшествующем гранте исследования по некоторым из направлений с использованием разработанных в процессе выполнения работ по гранту методам. Существенное внимание планируется уделить исследованию процессов дейтеро-водородного (H/D) обмена: разработанный нами метод обмена “в полете” нашел большой отклик в масс-спектрометрическом сообществе благодаря возможности исследования с его помощью конформаций и конформационной стабильности биологических макромолекул и их комплексов, в том числе белков при их исследовании с применением подхода “сверху-вниз” (Top-Down) протеомики. Основным инструментом в этих исследованиях являлся масс-спектрометр ионного циклотронного резонанса с преобразованием Фурье. Прибор является наиболее сложным масс-спектрометром с уникальными аналитическими характеристиками, такими как разрешающая способность и точность измерения масс. Коллектив внес существенный вклад в развитие техники ИЦР ПФ. Имеющиеся на современном рынке ИЦР ПФ масс-спектрометры основаны на измерительной ловушке, изобретенной в лаборатории заявителей проекта. Эти приборы обладают разрешающей способностью более 10 миллионов, что недоступно ни одному другому типу масс-спектрометров. Благодаря достижениям в развитии техники ИЦР ПФ, лаборатория была включена в 2018 году в Европейскую сеть лабораторий в рамках программы HORIZON 2020. В предлагаемом проекте мы собираемся и дальше совершенствовать метод ИЦР ПФ путем дальнейшего повышения динамического диапазона приборов, реализующих этот метод. Будут проведены исследования поведения ионных облаков из ионов с очень близкими массами в измерительных ловушках приборов, как экспериментально, так и теоретически, в поисках метода уменьшения влияния коалесценции (слияние облаков в одно облако), которая связывает динамический диапазон прибора с его разрешением и не позволяет получать сверхвысокую разрешающую способность для сложных молекулярных смесей. Мы собираемся также продолжить исследования в различных областях наук о жизни, молекулярной медицины, а также аналитической химии с использованием метода ИЦР ПФ.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Муранов К.О., Полянский Н.Б., Чеботарева Н.А., Клейменов С.Ю., Бугрова А.Е., Индейкина М.И., Кононихин А.С, Николаев Е.Н., Островский М.А. The mechanism of the interaction of α-crystallin and UV-damaged βL-crystallin International Journal of Biological Macromolecules, 140:736-748 (год публикации - 2019)
10.1016/j.ijbiomac.2019.08.178

2. Бычкова А. В., Лопухова М. В., Вассерман Л. А., Пронькин П. Г., Дегтярев Ю. Н., Шалупов А. И., Васильева А. Д., Юрина Л. В., Коварский А. Л., Кононихин А. С., Николаев Е. Н Interaction between immunoglobulin G and peroxidase-like iron oxide nanoparticles: Physicochemical and structural features of the protein Biochimica et Biophysica Acta - Proteins and Proteomics, 140300 (год публикации - 2019)
10.1016/j.bbapap.2019.140300

3. Орлов А., Жеребкер А., Елецкая А.А., Черников В.С., Козловская Л.И., Жернов Ю.В., Костюкевич Ю.В., Палюлин В.А., Николаев Е.Н., Осолодкин Д.И., Перминова И.В. Examination of molecular space and feasible structures of bioactive components of humic substances by FTICR MS data mining in ChEMBL database Scientific Reports, 9(1):12066 (год публикации - 2019)
10.1038/s41598-019-48000-y

4. Бржозовский А. Г., Кононихин А. С., Пастушкова л. с., Каширина Д. Н., Индейкина М. И., Попов И.А, М. А.,Кастауд М. А., Ларина И. М., Николаев Е. Н. The Effects of Spaceflight Factors on the Human Plasma Proteome, Including Both Real Space Missions and Ground-Based Experiments INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES, 20(13). pii: E3194 (год публикации - 2019)
10.3390/ijms20133194

5. Николаев Е., Лиознов А. Evaluation of major historical ICR cell designs using electric field simulations. Mass Spectrom Rev., Online ahead of print (год публикации - 2020)
10.1002/mas.21671

6. Каширина Д. Н., Кононихин А. С., Ратушный А. Ю., Николаев Е. Н., Ларина И. М., Буравкова Л. Б. Proteomic profile of cultured human endothelial cells after exposition to simulated microgravity Acta Astronautica, Volume 179, Pages 11-19 (год публикации - 2021)
10.1016/j.actaastro.2020.10.014

7. Ивлева Е.А., Образцова Е.А., Павлова Е.Р., Морозова О.В., Иванов Д.Г., Кононихин А.С., Клинов Д.В. Albumin-stabilized fluorescent metal nanoclusters: Fabrication, physico-chemical properties and cytotoxicity Materials & Design, Volume 192, 108771 (год публикации - 2020)
10.1016/j.matdes.2020.108771

8. Русанов В.Б., Пастушкова Л.К., Ларина И.М., Черникова А.Г., Гончарова А.Г., Носовский А.М., Каширина Д.Н., Бржозовский А.Г., Навасиолава Н., Кононихин А.С., Куссмауль А.Р., Кусто М.А., Николаев Е.Н. The Effect of Five-Day Dry Immersion on the Nervous and Metabolic Mechanisms of the Circulatory System Frontiers in Physiology, 10;11:692 (год публикации - 2020)
10.3389/fphys.2020.00692

9. Пастушкова Л.K., Русанов В.B. Гончарова А.G., Носовский А.M., Лучицкая Е.С., Каширина Д.Н., Кононихин А.С., Кусмаул А.Р., Яхья Я.Д., Ларина И.M., Николаев Е.Н. Blood Plasma Proteins Associated With Heart Rate Variability in Cosmonauts Who Have Completed Long-Duration Space Missions Frontiers in Physiology, 12:760875 (год публикации - 2021)
10.3389/fphys.2021.760875

10. Николаев Е.Н, Лиознов А.В. How to Increase Further the Resolving Power of the Ultrahigh Magnetic Field FT ICR Instruments? The New Concept of the FT ICR Cell-the Open Dynamically Harmonized Cell as a Part of the Vacuum System Wall Analytical Chemistry, 93(3):1249-1253 (год публикации - 2021)
10.1021/acs.analchem.0c03237

11. Пастушкова Л.Х., Гончарова А.Г., Каширина Д.Н., Гончаров И.Н., Рукавишников И.В., Бржозовский А.Г., Кононихин А.С., Колотева М.И., Томиловская Е.С., Николаев Е.Н., Ларина И.М. Characteristics of blood proteome changes in hemorrhagic syndrome after head-up tilt test during 21-day Dry Immersion Acta Astronautica, 189, 158-165 (год публикации - 2021)
10.1016/j.actaastro.2021.08.044

Публикации