Новые подходы к изучению структурно-функционального разнообразия полипептидных токсинов

• Автор: Козлов, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 02.00.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 167 с. : ил.

1.1. Объекты исследования

1.2. Цели и задачи работы

1.3. Основные реализованные в работе подходы

II. Обзор литературы

2.1. Введение

2.2. Классификация токсинов

2.3. Структурные особенности токсинов

2.4. Биосинтез полипептидных токсинов

2.5. Биологические свойства полипептидных токсинов

2.5.1. Токсины, действующие на К каналы

2.5.2. Токсины, действующие на Са2 каналы

2.5.3. Токсины, воздействующие на каналы
2.5.4. Токсины, действующие на другие типы рецепторов
2.5.5. Токсины с неспецифичным действием
2.6. Современные подходы к исследованию токсинов пауков
2.7. Заключение
III. Материалы и методы исследования
3.1. Материалы
3.1.1. Реактивы
3.1.2. Биологический материал и животные
3.1.3. Бактериальные штаммы и плазмидные векторы
3.2. Математические вычисления и данные для анализа
3.2.1. Исходные данные для анализа
3.2.2. Вычисления
3.3. Оборудование
3.4. Методы
3.4.1. Создание библиотек из ядовитых желез
3.4.2. Получение кДНК из пауков и морских анемон
3.4.3. Определение нуклеотидной последовательности генов, кодирующих токсины
3.4.4. Получение экспрессированных V1 рецепторов в ооцитах
X. v
3.4.5. Разделение ядов на компоненты
3.4.6. Протеомные исследования
3.4.7. Определение аминокислотных последовательностей
3.4.8. Химический синтез пептидов из ядов пауков
3.4.9. Получение рекомбинантных токсинов морских анемон
3.4 Определение концентрации полипептидов
3.4 Определение констант ингибирования сериновых протеиназ
3.4 Биологические испытания
3 Тестирование антимикробной активности
3 Тестирование гемолитической активности
3 Анализ инсектицидной активности
3 Анализ токсичности для млекопитающих
3 Измерение анальгетической активности
3 Электрофизиологические исследования
IV. Результаты и обсуждение
4.1. Разработка алгоритмов для анализа банков нуклеотидных последовательностей
4.1.1. Ферменты, задействованные в созревании полипептидных молекул
4.1.2. Субтилизинподобные пропротеин конвертазы
4.1.3. Изучение принципов созревания активных полипептидов из природных ядов пауков
4.1.4. Симметричные и регулярные мотивы ограниченного протеолиза
4.1.5. Анализ выборки препробелков из банка аминокислотных последовательностей
4.1.6. Алгоритм установления структуры зрелой цепи
4.1.7. Алгоритм поиска токсинов
4.2. Анализ баз данных
4.2.1. Создание баз данных нуклеотидных последовательностей
4.2.2. Разработка запросов для проведения анализа баз данных пауковбЭ
4.2.3. Анализ базы данных последовательностей . ii
4.2.4. Анализ базы данных последовательностей vi
4.2.5. Сравнение методов анализа банков нуклеотидных последовательностей мотивы против контигов
4.2.6. Разработка запросов для проведения анализа баз данных морских
анемон
4.2.7. Анализ базы данных последовательностей морской анемоны
. viii
4.3. Протеомный анализ ядов пауков
4.3.1. Компонентный анализ яда паука . ii
4.3.2. Компонентный анализ яда паука vi
4.4. Выделение инсекгоспецифических токсинов
4.4.1. Инсектотоксины из яда паука . i
4.4.2. Инсектотоксины из яда паука . vi
4.5. Поиск полипептидов с антимикробными свойствами
4.5.1. Выделение полипептидов из яда паука vi
4.5.2. Особенности биосинтеза и строения антимикробных компонентов
из яда паука . vi
4.6. Поиск селективных модуляторов V1 рецептора
4.6.1. Актуальность проблемы поиска модуляторов V1 и первичное
тестирование ядов
4.6.2. Выделение полипептидных компонентов из яда морской анемоны
. i
4.6.3. Биологическая активность новых токсинов из морских анемон
V. Выводы
VI. Список сокращений
VII. Благодарности
VIII. Список цитируемой литературы
IX. Приложение I
X. Приложение И
XI. Приложение III
ВВЕДЕНИЕ


Расположение дисульфидных связей для всех молекул этого типа следующее СС4, С2С5, СС6. Пространственная структура пептидов с мотивом I характеризуется наличием шпильки и своеобразного узла отсюда их название третья по счету дисульфидная связь СС6 пронизывает кольцо, образованное двумя другими дисульфидами и атомами основной цепи, их соединяющими. Полипептиды с укладкой I часто тюке именуются как ноттины на сегодняшний лень известно свыше тысячи ноттинов с различной биологической функцией ингибиторы протенназ, АМП, инсектицидные и антигельмпнтные пептиды, нейротоксины, нейрорегуляторы и т. Подавляющее преимущество мотива I у полииеитидных токсинов пауков подтверждено при исследовании более чем токсинов, примеры полученных пространственных структур приведены на рисунке 3. Для остальных токсинов этот тип укладки подразумевается, исходя из значительной гомологии расположения структурообразующих остатков в первичной структуре и подобной схемы замыкания дисульфидных связей. При этом типе укладки в пространстве образуется плотноупакованный клубок с чрезвычайно стабильной структурой, где к центральному кору лимонный цвет жестко фиксируется как УУконец молекулы зеленый цвет, так и Сконец синий цвет. Среди элементов вторичной структуре в токсинах преобладает неупорядоченная структура полипептидной цепи, часто наблюдают антипараллельных тяжа, которые укладываются в слой, из малых структурных элементов часто идентифицируют повороты. Лишены элементов вторичной структуры небольшие токсины длиной в аминокислотный остаток, такие как хувентоксинХ, x2 и x2 . Рисунок 3 Модели пространственной структуры пептидных токсинов из ядов пауков с шестью остатками цистеина, построенные в программе . В качестве примеров приведены фриксотоксин 1 из РаТх 1, код в базе данных 1V7, x2 из 1, соатракотоксин v из v Xv, 1X, хайнантоксинIV из i XIV, 1I, псалмопеотоксин I из ii I, 1X5V и хувентоксинН из ii XII, мотив , выделен рамкой. ЛКонцевой фрагмент полипептидной цепи выделен зеленым цветом, центральная часть лимонным, Сконцевой фрагмент синим, аминокислотные остатки цистеина и дисульфидные связи обозначены оранжевым. Второй мотив ii i 5 ii был первоначально обнаружен при анализе пространственной структуры инсектоспецифичных токсинов из яда австралийского погребного паука, получивших название xi X. С1 X5i9 С2 Х2 Р Х2 С1 Хб С4, где X любой аминокислотный остаток. Расположение дисульфидных связей СС3, С2С4 . Предполагается, что мотив эволюционно более ранний, а укладка типа I сформировалась на его основе , . Мотив характерен, например, для хувентоксина из яда паукаитицесда Н. СС3, С2С5, С4С6 см. Рисунок 3 и возможен для ряда других пептидов . В молекулах с укладкой цистинового узла могут встречаться более шести остатков полуцистина, при этом дисульфидные связи располагаются так, что мотив I не нарушается Рисунок 4. Более того, известно приблизительно одинаковое количество токсинов пауков с тремя и четырьмя дисульфидными связями. Среди полипептидных токсинов с 4 дисульфидными связями преимущественно реализуется такая схема расположения мостов СС4, С2С5, С3С8, С6С7 четвертая дополнительная дисульфидная связь красный цвет на Рисунке 4 введена в структуру Ршпильки, которая в этом случае обычно удлинена. Пространственная укладка основной цепи 8цистепновых токсинов не отличается у большинства токсинов от 6цистеиновых, и эти токсины имеют сходное распределение элементов вторичной структуры. Дополнительным структурным элементом 8атракотоксинов из яда австралийских воронковых пауков из родов x и семейство xi служит фиксирование Сконцевой области молекулы четвертой дисульфидной связью, при этом в первичной структуре присутствует характерный триплет ССС , . Для инсектотоксинов из ядов этих же пауков, получивших название к или атракотоксинов X, была выявлена редкая вишшальная дисульфидная связь между остатками цистеина в соседних положениях. Эта связь не принимает участия в стабилизации укладкп полипептидиой цепи, однако является критически важной для биологической акгивпости, повидимому, участвуя в непосредственном контакте с рецептором .