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 21-14-00382

НазваниеСтруктура и метаболизм люциферина биолюминесцентных энхитреид Henlea sp.

Руководитель Дубинный Максим Анатольевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-208 - Молекулярная биология

Ключевые слова Биолюминесценция, химия биолюминесценции, светящиеся черви, биолюминесцентные олигохеты, биолюминесцентные энхитреиды, Henlea, люциферин, люцифераза, биолюминесцентная система

Код ГРНТИ34.15.00

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Биолюминесценция (БЛ) - автономное свечение живых организмов за счет протекающих в клетке биохимических реакций. Во всех известных на сегодняшний день биолюминесцентных системах люцифераза (фермент) катализирует процесс окисления люциферина (низкомолекулярный субстрат) молекулярным кислородом. При этом хромофор (окисленный люциферин либо другая молекула) переходит в возбужденное состояние, а возвращение его в основное состояние сопровождается испусканием видимого света. В природе известно более 40 независимо возникших в процессе эволюции БЛ систем с различными люциферинами, люциферазами, механизмами окисления и испускания света. На сегодняшний день всего для десяти БЛ систем известны структуры люциферинов. Из них три были установлены нашей группой в течение последних 6 лет: люциферин сибирских почвенных червей Fridericia heliota (Petushkov et al. 2014), люциферин высших грибов (Purtov et al. 2015) и люциферин морской полихеты Odontosyllis (Kotlobay et al. 2019). Гены, кодирующие ферменты люцифераз, установлены для шести БЛ систем, из них две люциферазы были клонированы в течение последних двух лет с участием нашей группы (Schultz et al. 2018; Mitani et al. 2018; Kotlobay et al. 2018). Лишь для восьми БЛ систем проведен полный химический синтез люциферина, а люциферины динофлагеллят и Бермудских многощетинковых червей Odontosyllis пока не синтезированы Только четыре БЛ системы в настоящее время широко используются в различных аналитических и биомедицинских приложениях (Kaskova et al. 2016), но это те системы, для которых люциферин был синтезирован и люцифераза была клонирована до конца 20 века. Все гены биосинтеза люциферина установлены для двух БЛ систем: бактериальной и высших грибов, и единственная БЛ система высших грибов позволяет клонировать автономную биолюминесценцию в эукариотические организмы. Люцифераза высших грибов была клонирована нашей группой (Kotlobay et al. 2018) вместе с полным набором генов биосинтеза люциферина, что позволило создать автономно светящиеся растения (Mitiouchkina et al. 2020). Расширение списка биолюминесцентных инструментов новой уникальной БЛ системой энхитреид Henlea sp. является основной целью данного проекта. Биолюминесцентная система Henlea sp. не дает кросс-реакций с компонентами других известных биолюминесцентных систем, что говорит о ее новизне. Изучение таких систем всегда полно неожиданностей и требует нестандартных подходов. Люминесценция Henlea sp. локализована как в целомических клетках выделяемой червями слизи, так и в люминесцентных образованиях на кутикуле. Спектр люминесценции Henlea sp. имеет максимум в области 464 нм. В настоящий момент усилиями нашей группы установлено, что биолюминесцентная реакция Henlea sp. протекает с участием низкомолекулярного люциферина, люциферазы массой приблизительно 80 кДа, кислорода и ионов кальция. Вероятным участником реакции является низкомолекулярный кофактор (активатор биолюминесценции), который предположительно играет роль хромофора, ответственного за излучение кванта света (Petushkov and Rodionova 2018). Нами только что определена химическая структура неактивного аналога люциферина Henlea sp., выделенного из тех же организмов. Это α-C-маннозилтриптофан (ManTrp): необычный С-гликозид, в котором остаток маннозы соединен с С2 углеродом индольного кольца триптофана углерод-углеродной химической связью (Dubinnyi et al. 2020). ManTrp - хорошо известный метаболит человека, млекопитающих, асцидий и губок. На основе имеющихся данных мы предполагаем, что люциферин Henlea sp. является С2-производным триптофана, в котором вместо остатка маннозы находится другой углеводный фрагмент, что еще раз подтверждает уникальность структуры люциферина Henlea sp. В процессе работы над проектом мы планируем: 1. Методами ЯМР спектроскопии и масс-спектрометрии установить химические структуры люциферина и кофактора(ов) биолюминесцентной реакции Henlea sp.; 2. Методом встречного синтеза разрешить структурные неоднозначности, неизбежные при анализе данных ЯМР и МС, в структурах люциферина и кофактора(ов) биолюминесцентной реакции Henlea sp. Однозначно подтвердить структуру люциферина Henlea sp.; 3. Продемонстрировать биолюминесценцию in vitro с участием синтетического люциферина и кофакторов. Провести ферментативное окисление синтетического люциферина, выделить и установить структуру оксилюциферина Henlea sp. Исследовать механизм биолюминесценции Henlea sp.; 4. Секвенировать транскриптом Henlea sp., выделить и очистить люциферазу Henlea sp., установить аминокислотную последовательность люциферазы, клонировать ген люциферазы.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---