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 23-73-00041
НазваниеКомбинированное применение методов направленной эволюции и рационального дизайна для получения белков с заданными свойствами: молекулярный дизайн флуоресцентных родопсинов
РуководительРязанцев Михаил Николаевич, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет", г Санкт-Петербург
Период выполнения при поддержке РНФ | 2023 г. - 2026 г. |
Конкурс№79 - Конкурс 2023 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.
Объект инфраструктуры Центр коллективного пользования сверхвысокопроизводительными вычислительными ресурсами Московского университета.
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-704 - Моделирование биологических и биомиметических материалов
Ключевые словаКомпьютерное моделирование белков, комбинированные методы квантовой и молекулярной механики (КМ/ММ), родопсины, флуоресцентный имиджинг, молекулярная биоинженерия
Код ГРНТИ31.23.27
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Флуоресцентные генетически-кодируемые сенсоры мембранного потенциала (GEVI) являются широко используемыми инструментами в оптогенетике. Подобные сенсоры обладают рядом преимуществ по сравнению с другими используемыми флуоресцентными сенсорами мембранного потенциала – высокая скорость отклика на изменение потенциала, низкая фототоксичность и высокая фотоустойчивость, высокая специфичность и селективность и пр. Основным недостатком, значительно ограничивающим применение подобных сенсоров, является низкая интенсивность флуоресцентного сигнала. Задачей данного проекта является молекулярный дизайн и синтез новых GEVI на основе родопсинов с увеличенной интенсивностью флуоресцентного сигнала и сдвигом максимума полосы спектра поглощения в красную область. Для проведения дизайна используется комбинация методов направленной эволюции и вычислительного рационального дизайна. Получение данных белков позволит расширить возможности исследований широкого круга задач нейрологии, кардиологии и других областей, использующих методы оптогенетики.
Ожидаемые результаты
Дизайн и получение новых генетически-кодируемых флуоресцентных сенсоров мембранного потенциала на основе бактериальных родопсинов с улучшенным флуоресцентным сигналом и/или сдвигом спектральной полосы в красную область. Полученные белки могут использоваться в широком спектре оптогенетических исследований.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1. Проведен сравнительный анализ флуоресцентных мутантных форм археородопсина, полученных ранее методом направленной эволюции, и дикой формы археородопсина. Проведен синтез этих белков, исследованы их спектральные и фотохимические свойства, разработаны компьютерные модели. На основе полученных данных выявлены основные структурные факторы, определяющие повышение флуоресцентного сигнала. Полученная информация позволила провести рациональный компьютерный дизайн и предложить новые варианты потенциал-зависимых сенсоров мембранного потенциала на основе археородопсина из класса Archer со сдвинутой в красную область спектра полосой спектра поглощения.
2. Разработан и программно реализован алгоритм для проведения направленной эволюции родопсинов in silico для оптимизации их свойств.
Опубликована статья: Nikolaev DM, Shtyrov AA, Vyazmin SY, Vasin AV, Panov MS, Ryazantsev MN. Fluorescence of the Retinal Chromophore in Microbial and Animal Rhodopsins. IJMS, 2023; https://doi.org/10.3390/ijms242417269
Публикации
1. Николаев Д.М., Штыров А.А., Вязьмин С.Ю., Васин А.В., Панов М.С., Рязанцев М.Н. Fluorescence of the Retinal Chromophore in Microbial and Animal Rhodopsins MDPI, 24(24), 17269 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/ijms242417269