Изучение фотохимических и фотофизических свойств уникального фотопереключаемого и фотоконвертируемого флуоресцентного белка SAASoti. Роль отдельных аминокислот в конформационной динамике хромофора и взаимодействии с белковым окружением.

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 19-14-00373

НазваниеИзучение фотохимических и фотофизических свойств уникального фотопереключаемого и фотоконвертируемого флуоресцентного белка SAASoti. Роль отдельных аминокислот в конформационной динамике хромофора и взаимодействии с белковым окружением.

Руководитель Савицкий Александр Павлович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" , 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; 04-204 - Биофизика

Ключевые слова флуоресцентная микроскопия, флуоресцентные белки, фотообесцвечивание и фотоконверсия флуоресцентных белков, пико и фемтосекундная спектроскопия, белковая инженерия

Код ГРНТИ34.15.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время выделено из различных источников и охарактеризовано более 100 исходных (диких) типов белков практически во всем видимом диапазоне поглощения и излучения. Однако среди этого большого количества разнообразных белков особенно большую роль играет небольшая группа (на сегодняшний день описано всего 7 видов исходных структур) фотоконвертируемых и фотопереключаемых белков. Поэтому открытие каждого такого нового гена, кодирующего соответствующий белок, играет важную роль в разработке новых и развитии уже созданных методов изучения живых организмов. В природе свойства фотоконверсии (фотохимический процесс, связанный с изменением структуры хромофора) и фотопереключения (фотофизический процесс, связанный со значительным изменением квантового выхода хромофора) встречаются порознь и только путем мутагенеза можно достичь совмещения этих двух свойств в одном белке, как, например, это было сделано для белка IrisFP. Открытый нами белок SAASoti из коралла Stylocoeniella armata является первым примером, когда оба эти феномена совмещаются в исходном (диком) типе белка. Наиболее удивительно то, что полученные нами методом компьютерного моделирования данные показывают, что специально вводившиеся в структуру IrisFP мутации и придававшие ему свойство фотопереключения, не являются необходимыми в случае SAASoti. Таким образом, механизм фотопереключения является значительно более сложным, особенно в свете установленного методом фемтосекундной кристаллографии факта, что в процессе возбуждения хромофор в фотопереключаемом белке rsEGFP2 осуществляет сложное вращательное движение вдоль бета-бочонка, в котором он находится, и претерпевает в конечном итоге цис-транс изомеризацию и протонирование на фемто-пикосекундной временной шкале. Проект направлен на изучение роли отдельных аминокислот ближайшего вокруг хромофора белкового окружения в фотофизических и фотохимических свойствах ранее открытого нами уникального белка SAASoti. Ранее нами было показано, что подобно другим фотоконвертируемым белкам, SAASoti при облучении светом в ближнем ультрафиолете (380-405 нм) конвертируется из зеленой формы в красную и этот процесс параллельно сопровождается фотохимической деструкцией зеленой формы. Однако при облучении зеленой формы в максимуме поглощения при 470-500 нм белок переключается в темное состояние с появлением полосы в области поглощения протонированной формы. Облучение в этой полосе (405 нм) приводит к быстрому восстановлению зеленой флуоресценции, термическая же релаксация (без облучения) приводит к практически полному восстановлению зеленой флуоресценции в течение нескольких часов. Предварительное изучение красной формы показывает подобное поведение. Эти данные указывают на появление протонированных форм хромофора, как в зеленом, так и в красном состоянии. Ключевую роль в этих процессах должны играть цепи переноса протонов и конформационная динамика белка. Для этого нами планируется изучить роль аминокислотных остатков в 194 и 66 положении, отвечающих за стабилизацию цис и транс форм хромофора в других фотопереключаемых белках. Одновременно мы планируем выяснить роль замен в 178 положении, которое приводило к появлению фотопереключения в белке EoS. Положение аминокислот в 164 положении в других белках критически влияло на фотохимическую стабильность. Цель этого изучения является выяснение возможностей селективного управления отдельными процессами внутри белка. Cравнительное изучение фотофизических (фотопереключение) и фотохимических (фотоконверсия) свойств белка SAASoti позволит выявить тонкие молекулярные механизмы взаимодействия хромофора с окружающими его аминокислотными остатками, что является теоретической основой для рационального дизайна новых сенсорных молекул для молекулярного имиджинга.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Соловьев И.Д., Гавшина А.В., Савицкий А.П. Novel Phototransformable Fluorescent Protein SAASoti with Unique Photochemical Properties International Journal of Molecular Sciences, volume 20, number 14, p.3399 (год публикации - 2019)
10.3390/ijms20143399

2. Савицкий А.П., Гавшина А.В., Соловьев И.Д. БИФОТОХРОМНЫЕ ЦВЕТНЫЕ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ БЕЛКИ: ФЕНОМЕН И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 6 съезд биофизиков России (год публикации - 2019)
10.31429/SbR6.2019.001

3. Соловьев И.Д., Гавшина А.В., Савицкий А.П. SOME ASPECTS OF SAASOTI FP PHOTOSWITCHING Proceedings of the VII international symposium Topical problems of Biophotonics 2019 (год публикации - 2019)

4. Гавшина А.В., Марынич Н.К., Савицкий.П. THE ROLE OF SURFACE CYSTEINE RESIDUES OF SAASOTI-FP Proceedings of the VII international symposium Topical problems of Biophotonics, 2019 (год публикации - 2019)

5. Гавшина А.В. ПОЛУЧЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА ФОРМ ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО БЕЛКА SAASoti С ПОВЫШЕННОЙ СКОРОСТЬЮ ФОТОПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СБОРНИК ТЕЗИСОВ ОТЧЕТНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ АСПИРАНТОВ: НАПРАВЛЕНИЕ ПОДГОТОВКИ 06.06.01 "БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ" (год публикации - 2019)

6. Гавшина А.В.,Марынич Н.К., Хренова М.Г., Савицкий А.П. The Role of Cysteine Residues in Multiple Phototransformations of Biphotochromic Fluorescent Protein SAASoti Scientific Reports (год публикации - 2021)

7. Гавшина А.В., Марынич Н.К., Савицкий А.П. The Role of Individual Cysteine Substitutions in the Fast Photoswitching and Photoconversion of the Biphotochromic Fluorescent Protein SAASoti CHINESE-RUSSIAN WORKSHOP ON BIOPHOTONICS AND BIOMEDICAL OPTICS-2020 SEPTEMBER 28 - 29, 2020, SARATOV, RUSSIA (год публикации - 2020)

8. Гавшина А.В., Марынич Н.К., Хренова М.Г., Соловьев И.Д., Савицкий А.П. The Role of Cysteine Residues in the Allosteric Modulation of the Chromophore Phototransformations of Biphotochromic Fluorescent Protein SAASoti Scientific Reports, Article No : 3634 (год публикации - 2021)
10.1038/s41598-021-03634-9

9. Марынич Н.К., Хренова М.Г., Гавшина А.В., Соловьев И.Д., Савицкий А.П. First biphotochromic fluorescent protein moxSAASoti stabilized for oxidizing environment Research Square, in review Scientific Reports, Posted 06 Dec, 2021 (год публикации - 2021)
10.21203/rs.3.rs-1131671/v1

10. Гавшина А.В., Соловьев И.Д., Ивашина Т.В., Савицкий А.П. Влияние замен аминокислотных остатков в 164 и 178 положениях флуоресцентного белка SAASoti на его фотофизические и фотохимические свойства. III ОБЪЕДИНЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ ФИЗИОЛОГОВ, БИОХИМИКОВ И МОЛЕКУЛЯРНЫХ БИОЛОГОВ, под редакцией А.Г.Габибова и М.А.Островского, Научные труды, том 2, стр. 289 (год публикации - 2021)

11. Гавшина А.,Марынич Н., Соловьев И., Хренова М., Савицкий А. Site-saturated mutagenesis of biphotochromic fluorescent protein SAASoti for microscopy with high spatial resolution 15th International Conference on Photonics and Imaging in Biology and Medicine (PIBM 2021), Hainan University in Haikou, China (год публикации - 2021)

Публикации