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 23-73-00041
НазваниеКомбинированное применение методов направленной эволюции и рационального дизайна для получения белков с заданными свойствами: молекулярный дизайн флуоресцентных родопсинов
Руководитель Рязанцев Михаил Николаевич, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург
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
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-704 - Моделирование биологических и биомиметических материалов
Ключевые слова Компьютерное 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.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
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)
10.3390/ijms242417269
2.
Николаев Д.М., Миронов В.Н., Метелкина Е.М., Штыров А.А., Мерещенко А.С., Демидов Н.А., Вязьмин С.Ю., Тенникова Т.Б., Москаленко С.Е., Бондарев С.А., Журавлева Г.А., Васин А.В., Панов М.С., Рязанцев М.Н.
Rational Design of Far-Red Archaerhodopsin-3-Based Fluorescent Genetically Encoded Voltage Indicators: from Elucidation of the Fluorescence Mechanism in Archers to Novel Red-Shifted Variants
American Chemical Society, ACS Physical Chemistry Au 2024 4 (4), 347-362 (год публикации - 2024)
10.1021/acsphyschemau.3c00073
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Программа исследований, запланированная на 2024 год, успешно выполнена в полном объеме. В результате были получены новые флуоресцентные сенсоры мембранного потенциала на основе археородопсина, квантовый выход флуоресценции которых достигает 1.5%, максимумы поглощения этих белков достигают 647 нм. Это превышает показатели всех ранее опубликованных вариантов. Был разработан и программно реализован метод, позволяющий осуществлять in silico направленную эволюцию микробных родопсинов по нескольким свойствам. Эффект найденных при помощи этого метода аминокислотных замен был подтвержден экспериментально. На основе вычислительных моделей белка Neorhodopsin было выдвинуто предположение о механизме, ответственном за появление полосы поглощения белка с максимумом на 690 нм и увеличение квантового выхода не зависящей от потенциала флуоресценции белка до 20%. Полученные результаты закладывают основу для продолжения исследований в рамках проекта в 2025 году.
Опубликована статья в журнале первого квартиля.
Nikolaev, D. M., Mironov, V. N., Metelkina, E. M., Shtyrov, A. A., Mereshchenko, A. S., Demidov, N. A., Vyazmin S. Yu., Tennikova T.B., Moskalenko S.E., Bondarev S.A., Zhouravleva G.A., Vasin A.V., Panov M.S. & Ryazantsev, M. N. (2024). Rational Design of Far-Red Archaerhodopsin-3-Based Fluorescent Genetically Encoded Voltage Indicators: from Elucidation of the Fluorescence Mechanism in Archers to Novel Red-Shifted Variants. ACS Physical Chemistry Au: 347-362. https://doi.org/10.1021/acsphyschemau.3c00073.
Статья была помещена на главную обложку июльского выпуска журнала ACS Physical Chemsitry Au.
https://pubs.acs.org/toc/apcach/4/4
Информационные ресурсы в сети Интернет, посвященные проекту:
https://nauka.tass.ru/nauka/21482891
https://scientificrussia.ru/articles/himiki-razrabotali-sensory-dla-izucenia-membrannogo-potenciala-kletok
https://spbu.ru/news-events/novosti/khimiki-spbgu-razrabotali-sensory-dlya-izucheniya-membrannogo-potenciala-kletok
https://rossaprimavera.ru/news/74643723
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)
10.3390/ijms242417269
2.
Николаев Д.М., Миронов В.Н., Метелкина Е.М., Штыров А.А., Мерещенко А.С., Демидов Н.А., Вязьмин С.Ю., Тенникова Т.Б., Москаленко С.Е., Бондарев С.А., Журавлева Г.А., Васин А.В., Панов М.С., Рязанцев М.Н.
Rational Design of Far-Red Archaerhodopsin-3-Based Fluorescent Genetically Encoded Voltage Indicators: from Elucidation of the Fluorescence Mechanism in Archers to Novel Red-Shifted Variants
American Chemical Society, ACS Physical Chemistry Au 2024 4 (4), 347-362 (год публикации - 2024)
10.1021/acsphyschemau.3c00073