ШАНОВНІ КОЛЕГИ !
На базі Інституту біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України продовжує свою роботу міждисциплінарний загальноакадемічний семінар у галузі природничих наук «Актуальні питання фізико-хімічної та математичної біології».
Чергове засідання семінару відбудеться 31-го ТРАВНЯ 2024 р. (П’ЯТНИЦЯ) о 10-30 в Актовій залі Інституту (вул. Леонтовича, 9). З доповіддю «Ключова роль аміноацил-тРНК синтетаз в біології і медицині» виступить академік НАН України, доктор біологічних наук, професор ТУКАЛО Михайло Арсентійович, директор та завідувач відділом ензимології білкового синтезу Інституту молекулярної біології і генетики Національної академії наук України.
До цього листа додаю авторські тези доповіді.
Прийняти участь у роботі семінару можна буде й в онлайн-режимі за адресою:
https://meet.google.com/ete-wanq-rza
Запрошую Вас та Ваших колег до участі у роботі семінару.
Мета загальноакадемічного семінару полягає у періодичному заслуховуванні та обговоренні наукових доповідей, присвячених застосуванню сучасних експериментальних та теоретичних методів хімії, фізики та математики для вирішення нагальних проблем сучасної біології (зокрема – у галузі біохімії, біофізики, молекулярної та клітинної біології, біоенергетики, геномики, медичної біології, фармакології, нанобіотехнології, системної та синтетичної біології та т.і.).
Організація зазначеного семінару була обумовлена прогресуючим розвитком таких «перехресних» наук та наукових напрямів, як біофізична хімія, фізична біохімія, хімічна біофізика, біохімічна фізика, фізико-хімічна біологія, фізика живого, математична біофізика, теоретична біологія, біоінформатика, штучний інтелект в біології та медицині тощо.
На засіданні нашого семінару з науковими міждисциплінарними доповідями вже виступили:
- член-кор. НАН України І.Бровченко (Інститут проблем математичних машин і систем НАН України),
- проф. І.Комаров («Інститут високих технологій» Київського національного університету імені Тараса Шевченка),
- проф. А.Сиволоб (ННЦ «Інститут біології та медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка),
- к.б.н. Р.Родік (Інститут органічної хімії НАН України),
- проф. Д.Волочнюк (Інститут органічної хімії НАН України),
- проф. О.Горобець (Національний технічний університет України імені Ігоря Сікорського «Київський політехнічний інститут»),
- проф. С.Волков (Інститут теоретичної фізики ім. Миколи Боголюбова НАН України),
- член-кор. НАН України А.Шевченко (Інститут проблем штучного інтелекту МОН і НАН України),
- проф. О.Жолос (ННЦ «Інститут біології та медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка),
- член-кор. НАН України О.Корнелюк (Інститут молекулярної біології НАН України),
- член-кор. НАН України І.Фрицький (Київський національний університет імені Тараса Шевченка).
У подальшому пропозиції щодо виступів з доповідями (тези доповіді – 1-2 стор.) на міждисциплінарному загальноакадемічному семінарі необхідно надсилати на ім’я Костеріна Сергія Олексійовича за електронними адресами:
Анонси щодо засідань семінару та авторські тези доповідей, звіт про засідання (+ фото) систематично оприлюднюються на сайтах Інституту біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України ( biochemistry.org.ua ) та НАН України ( НАН України : Головна сторінка (nas.gov.ua) ), а також розповсюджуються електронною поштою. Слідкуйте за нашими повідомленнями, будь ласка.
Наступне засідання семінару заплановано на червень м-ць 2024 р.
Будемо раді зустрітися з Вами на засіданнях нашого міждисциплінарного загальноакадемічного наукового семінару !
З повагою -
керівник семінару,
академік НАН України,
професор С.О.Костерін
17 травня 2024 р.
Ключова роль аміноацил-тРНК синтетаз в біології і медицині
Аміноацил-тРНК-синтетази (АРСази) – це група ферментів присутніх у всіх живих організмах, походження яких тісно пов’язане з виникнення життя на Землі. Вони забезпечують точність трансляції генетичної інформації під час біосинтезу білка, приєднуючи амінокислоти до своїх споріднених тРНК. Однак різниці в спорідненості недостатньо для того, щоб АРСази чітко розрізняли амінокислоти з подібною структурою. Щоб подолати цю проблему, низка АРСаз в процесі еволюції придбала здатність гідролізувати неправильно аміноацильовану тРНК у спеціальному редагуваному домені. Ми вивчали молекулярні механізми редагування синтетазами двох різних класів: лейцил-тРНК-синтетазою Thermus thermophilus (LeuRSTT), що відноситься до 1-го структурного класу АРСаз та проліл-тРНК-синтетазою Enterococcus fecalis (ProRSEF) з 2-го класу. Щоб зрозуміти механізми реакції редагування для ферментів з абсолютно різною архітектурою доменів редагування, ми використали ряд підходів, включаючи рентгеноструктурний аналіз вивчення комплексів ферментів з субстратами, молекулярне моделювання, молекулярну динаміку, квантово-механічні (QM) розрахунки, сайт-спрямований мутагенез ферменту та модифікації тРНК. Це надзвичайно цікавий приклад співпраці фізиків, хіміків і біологів. Інтенсивний мутагенез сайтів редагування LeuRSTT і ProRSEF дав змогу ідентифікувати амінокислотні залишки в активному центрі, що важливі для гідролізу. З іншого боку, модифікація tRNAPro на 2’-OH A76 і tRNALeu на 3’-OH A76 шляхом заміни їх кожної на протон, виявила істотну функцію для цих груп у каталізі. На основі отриманих експериментальних результатів і наших розрахунків QM ми пропонуємо новий субстрат-залежний механізм посттрансферного редагування LeuRSTT і ProRSEF.
Ключова роль аміноацил-тРНК-синтетаз у біосинтезі білка виділяє це сімейство як перспективну мішень для пошуку нових антибіотиків. АРСази прокаріот та еукаріот мають деякі структурні відмінності між собою, яких може бути достатньо для конструювання інгібіторів з більшою селективністю до патогенних ферментів. Сьогодні супербактерії, тобто бактерії, стійкі до антибіотиків, кидають людству справжній виклик. Якщо не вжити термінових заходів, до 2050 р. від хвороб, спричинених стійкими до антибіотиків бактеріями, на нашій планеті щороку помиратиме 10 млн чоловік, а економічний збиток становитиме 100 трлн доларів на рік. Тому підвищення ефективності розробки нових антибіотиків є ключовим у вирішені цієї проблеми. Як приклад нашої роботи з ідентифікації і валідації нових мішені можна навести результати нашої співпраці з компанією Anacor Pharmaceuticals (США), в результаті якої розкрито новий механізм дії антибіотика: корегувальний домен синтетази, як перспективна мішень для інгібіторів АРСаз. Таким чином ми знайшли нову мішень - лейцил-тРНК-синтетазу і використали її в подальших дослідженнях пов’язаних з пошуком протитуберкульозних антибіотиків. Ми використовуємо відмінності між людською та мікобактеріальною лейцил-тРНК-синтетазою (LeuRSMT) і метіоніл-тРНК-синтетазою (MetRSMT) для розробки інгібіторів як потенційних ліків проти Mycobacterium tuberculosis. Стратегія пошуку антибактеріальних сполук базується на поєднанні рентгеноструктурного аналізу цільового білка, комп’ютерного моделювання взаємодії низькомолекулярних лігандів з цільовим білком і синтетичних процедур комбінаторної хімії. На першому етапі, щоб виявити інгібітори LeuRSMT, проводиться молекулярний докінг бібліотеки сполук, що містить близько 100 000 органічних сполук, до активного центру ферменту. Одна із сполук, що пройшла всі етапи досліджень виявилась активною щодо резистентних до ізоніазиду, рифампіцину та офлоксацину штамів M. tuberculosis. Було виявлено, що це похідне продемонструвало хороші властивості ADME in vitro і може бути цінним кандидатом для подальших доклінічних досліджень. Метою наступного кроку нашої роботи є розробка сполук, які одночасно пригнічують мікобактеріальні LeuRSMT і MetRSMT, що дозволяє значно знизити або попередити виникнення резистентності M. tuberculosis. Кілька сполук були виявлені як подвійні інгібітори, що продемонстровано біохімічними аналізами значень IC50 in vitro для LeuRSMT і MetRSMT, і їх активністі проти клітин M. tuberculosis H37Rv.
Окрім своєї центральної ролі в процесі трансляції, АРСази мають ще й інші функції, також стають ключовими гравцями у зростаючій кількості клітинних процесів, що має далекосяжні наслідки для здоров’я людини. Лейцил-тРНК синтетаза людини (LARS1) діє як сенсор лейцину для комплексу 1 механістичної мішені рапаміцину (mTORC1) у ссавців, а також може функціонувати як білок, що активує ГТФазу (GAP) для субодиниці RagD гетеромерного активатора mTORC1. Порушення регуляції сигналізації mTORC1 призводить до багатьох захворювань людини, включаючи рак, ожиріння, епілепсію та діабет, тому компоненти шляху mTORC1 є потенційними мішенями для фармакологічних досліджень. Ми досліджуємо структурні вимоги для запобігання взаємодії та передачі сигналу від LARS1 до mTORC1. У доповіді будуть представлені результати наших попередніх досліджень, що свідчать про пряму взаємодію між LARS1 і RagD. Нарешті, ми визначили низку хімічних сполук, що мають запобігаюти білок-білковій взаємодії LARS1/RagD і виступати у якості нових потенційних інгібіторів сигнального каскаду mTOR.