Новый медь-содержащий фермент – тиоцианатдегидрогеназа: механизм действия и регуляция активности в клетке

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 20-14-00314

НазваниеНовый медь-содержащий фермент – тиоцианатдегидрогеназа: механизм действия и регуляция активности в клетке

Руководитель Попов Владимир Олегович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" , г Москва

Конкурс №45 - Конкурс 2020 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 Медь-содержащие оксидоредуктазы, тиоцианатдегидрогеназа, структура, функция, рентгеноструктурный анализ, ЭПР, медь-связывающие шапероны, СорС

Код ГРНТИ34.15.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Медь – один из наиболее распространенных и важных переходных металлов в живых организмах, где медь входит в состав простетических групп/кофакторов белков и ферментов, связанных с такими жизненно важными функциями как дыхание, защита от окислительного стресса, метаболизм железа, биосинтез гормонов и нейротрансмиттеров и т.д. Основная проблема биосинтеза медь-содержащих белков связана с высокой токсичность свободной меди в клетке. Живые организмы создали многочисленные разнообразные системы связывания, безопасной доставки ионов меди к целевым белкам/ферментам, и удаления избыточной меди. Нарушение регуляции ионов меди приводит к многочисленным сбоям в работе живых систем, вплоть до летального исхода. Фундаментальной задачей, на решение которой направлено настоящее исследование, является изучение механизмов функционирования медь-содержащих оксидоредуктаз, а также механизмов направленного транспорта и регулирования уровня ионов меди, обеспечивающих устойчивость живых организмов к изменениям концентрации меди в окружающей среде. В рамках настоящего проекта решение этой задачи будет проводиться на примере медь-содержащего фермента – тиоцианатдегидрогеназы (TcDH), которая содержит новый, неописанный ранее трехатомный медный кластер, катализирующий одностадийное окислительное разложение тиоцианата до цианата и элементной серы с переносом электронов на цитохром с. Этот процесс является первой стадией дыхательного цикла галоалкалофильных бактерий рода Thioalkalivibrio при росте их на тиоцианате как единственном источнике энергии. Для достижения цели проекта планируется решить следующие основные задачи: - исследовать структуру ранее открытого в ФИЦ Биотехнологии РАН нового медь-содержащего каталитического кластера, охарактеризовать электронные свойства этого кластера и изменение их процессе реакции, установить детали молекулярного механизма катализа при участии этого медного кластера; - проверить общность каталитических свойств данного типа медь-содержащего активного центра на примере гомологов TcDH из других организмов, использующих и не использующих тиоцианат в респираторных процессах; - охарактеризовать взаимодействие TcDH с эндогенным цитохромом с - потенциальным акцептором электронов, образующихся в результате окислительного разложения тиоцианата, реконструировать путь переноса электронов в дыхательную цепь бактерии Tv. paradoxus; -охарактеризовать роль медь-связывающего шаперона СорС в переносе и встраивании ионов меди в активный центр TcDH in vitro и in vivo. Научная новизна проекта основана на выборе объектов и комплексном подходе к их исследованию с использованием методов биохимии, ферментативной кинетики, структурной молекулярной и клеточной биологии.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Андоралов В., Шлеев С., Дергоусова Н., Куликова О., Попов В., Тихонова Т. Octaheme nitrite reductase: The mechanism of intramolecular electron transfer and kinetics of nitrite bioelectroreduction Bioelectrochemistry, т.138 №107699 (год публикации - 2020)
10.1016/j.bioelechem.2020.107699

2. Хренова М.Г,, Соловьева А Ю., Варфоломеева Л.А., Тихонова Т.В., Попов В.О. The O to S substitution in urea brings inhibition activity against thiocyanate dehydrogenase Mendeleev Communications (год публикации - 2021)

3. Бояров А., Осмакова А., Попов В. Bioeconomy in Russia: Today and tomorrow New Biotechnology, 1871-6784, стр.36-43 (год публикации - 2021)
10.1016/j.nbt.2020.08.003

4. Тихонова Т.В., Лильина А.В., Осипов Е.М., Шипков Н.С., Дергоусова Н.И., Куликова О.Г., Попов В.О. Характеристика каталитических свойств флавоцитохром С сульфиддегидрогеназы из галоалкалофильной бактерии Thioalkalibrio paradoxus Биохимия, том 86, вып.3, стр.422-430 (год публикации - 2021)
10.31857/S0320972521030106

5. Гаврилов С.Н., Заварзина Д.Г., Елизаров И.М., Тихонова Т.В., Дергоусова Н.И., Попов В.О., Ллойд Дж.Р., Найт Д., Эль-Наггар М.А., Пирбадиан С., Лунг К.М., Робб Ф.Т., Захартцев М.В.Бретчгер О., Бонч-Осмоловская Е.А. Novel extracellular election transfer channels in a gram-positive thermophilic bacterium Frontiers in Microbiology, v.11, article number 597818 (год публикации - 2021)
10.3389/fmicb.2020.597818

6. Варфоломеева Л.А., Соловьева А.Ю., Шипков Н.С., Куликова О.Г., Дергоусова Н.И., Ракитина Т.В., Бойко К.М., Тихонова Т.В., Попов В.О. Probing the role of a conserved phenylalanine in the active site of thiocyanate dehydrogenase Crystals, v. 12, 1787 (год публикации - 2022)
10.3390/cryst12121787

7. Бритиков В.В., Бочаров Е.В., Бритикова Е.В., Дергоусова Н.И., Куликова О.Г., Соловьева А.Ю., Шипков Н.С., Варфоломеева Л.А., Тихонова Т.В., Штыкова Е.В., Алтухов Д.А., Усанов С.А., Арсениев А.С., Ракитина Т.В., Попов В.О. Unusual Cytochrom c552 from Thioalkalibrio paradoxus: Solution NMR structure and interaction with Thiocyanate dehydrogenase International Journal of Molecular Sciences, v.23, 9969 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms23179969

Публикации