Поиск и структурно-функциональное исследование профилактической, прогностической, диагностической и терапевтической значимости новых белков и пептидов

Цель работы. Целью работы является разработка новых принципов поиска природных и создание искусственных препаратов белковой и пептидной природы биотехнологического и медицинского назначения. Потенциальные препараты включают в себя биокатализаторы на основе ферментов и антител, сложные мультикаталитические системы, такие как протеасомный комплекс, пептиды и петидомиметики, обладающие антибиотической активностью, и ингибиторы биокаталитической активности, в том числе ферментов устойчивости патологических микроорганизмов. В основе исследований лежат методы комбинаторной химии и биологии, рационального дизайна, в том числе с использованием современных биоинформатических методов и квантово-механических расчетов, а также современные геномного редактирования, синтетической биологии и криоэлектронной микроскопии. Получаемые в ходе научно-исследовательской работы результаты могут быть использованы в различных областях народного хозяйства: в медицине для терапии социально-значимых заболеваний вирусной, бактериальной и аутоиммунной природы, в пищевой промышленности и сельском хозяйстве в виде пробиотических и антибиотических препаратов, в образовании в виде подготовки высококвалифицированных кадров в области химии, молекулярной биологии, геномного редактирования и синтетической биологии. В 2021 г. основными направлениями работы являлись: 1) изучение медиаторов воспалительного каскада при ОРДС, а также при контролируемой травме спинного мозга; 2) разрешение структуры протеасомных комплексов в присутствии и отсутствии полиамина спермина спермина; 3) изучение влияния полиаминов на модуляцию протеасом-опосредованного протеолиза in vivo; 4) Сравнение параметров процесса загрузки пептидов вирусной и эндогенной природы на HLA-DRB1 0101 (DR1) и HLA-DRB1 1501 (DR15). В ходе выполнения НИР получены следующие результаты: 1) показано, что изученные животные модели индукции ОРДС и контролируемой травмы спинного мозга могут быть применены для изучения терапевтических агентов, которые предотвращают цитокиновый шторм во время ОРЗ, патогенеза инфекции SARS-CoV-2, а также при травме спинного мозга, в том числе у представителей Homo sapiens; 2) установлены структуры протеасомы в присутствии и отсутствии спермина. Попарное атомное сравнение показывает, что структуры практически идентичны. Молекулярный докинг спермина в структуру протеасомы с последующим перевзвешиванием поз по электронной плотности выявил несколько потенциальных сайтов локализации спермина в структуре протеасомы, которые, к тому же, могут оказывать эффект на подвижность остатков, окружающих активные центры каталитических субъединиц; 3) установлено, что спермин в концентрации большей или равной 10мкМ способен активировать протеасому in vivo, что приводит к ускорению гидролиза убиквитинированного TagGFP2. Также обнаружено, что спермин присоединяется к убиквитину именно благодаря функциональным остаткам лизина. Получены подтверждения теории о том, что спермин является модулятором активности протеасомы, в значительной степени ускоряя ее при микромолярных концентрациях 4) показано, что наиболее распространенный HLA-DRB1 0101, кодируемый протективным аллелем HLA-DRB1 01, парадоксальным образом связывает фрагменты MBP с аффинностью, сравнимой с аффинностью экзогенных антигенов, одним из которых является вирусный пептид HA. Мы представили доказательства того, что молекулы HLA класса II могут кинетически различать собственные и экзогенные пептиды во время обмена CLIP, катализируемого HLA-DM.