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 17-го СІЧНЯ 2025 р. (П’ЯТНИЦЯ) о 10-30 в Актовій залі Інституту (вул. Леонтовича, 9). З доповіддю «СоАлювання як нова складова системи антиоксидантного захисту клітини і новий механізм регулювання активності протеїнів» виступить академік НАН України, д.б.н., проф. ФІЛОНЕНКО Валерій Вікторович, завідувач відділу сигнальних систем клітини Інституту молекулярної біології і генетики НАН 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/bsj-ruey-ece
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.
Шановні коллеги! З того часу, як був започаткований наш загальноакадемічний семінар (квітень м-ць 2023 р.), на його засіданнях з міждисциплінарними науковими доповідями вже виступили 17 доповідачів:
- заступник директора з наукової роботи Інституту проблем математичних машин і систем НАН України член-кореспондент НАН України Ігор Бровченко, доповідь «Математичне моделювання поширення вірусних інфекцій, досвід аналізу і прогнозування епідемії COVID-19 в Україні»;
- директор Навчально-наукового інституту високих технологій Київського національного університету імені Тараса Шевченка доктор хімічних наук професор Ігор Комаров, доповідь «Фотофармакологія та фотодинамічна терапія – вчора, сьогодні, завтра»;
- професор кафедри загальної та медичної генетики Навчально-наукового центру «Інститут біології і медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка професор Андрій Сиволоб, доповідь «Від нуклеосоми до петельних фрагментів: як топологичні обмеження у хроматині зумовлюють його унікальні властивості»;
- завідувач відділу медичної хімії Інституту органічної хімії НАН України, професор кафедри супрамолекулярної хімії Інституту високих технологій Київського національного університету імені Тараса Шевченка, науковий консультант компанії ТОВ «НПВ «Єнамін»» член-кореспондент НАН України Дмитро Волочнюк, доповідь «Органічний синтез як інструмент для біомедичних досліджень»;
- завідувач лабораторії медико-біологічних досліджень відділу хімії макроциклічних сполук Інституту органічної хімії НАН України кандидат хімічних наук Роман Родік, доповідь «Біомедичний потенціал каліксаренів: літературні дані та результати власних досліджень»;
- професор кафедри загальної фізики та моделювання фізичних процесів фізико-математичного факультету Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» доктор фізико-математичних наук Оксана Горобець, доповідь «Біогенні магнітні наночастинки в організмі, їх роль в метаболізмі та перспективи управління цим процесом»;
- завідувач кафедри біофізики та медичної інформатики Навчально-наукового центру «Інститут біології та медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка доктор біологічних наук професор Олександр Жолос, доповідь «Рецептор холоду і ментолу TRPM8: від біофізичних і фармакологічних властивостей до біологічних функцій і ризіків гіпотермії»;
- директор Інституту проблем штучного інтелекту МОН України і НАН України член-кореспондент НАН України професор Анатолій Шевченко, доповідь «Пріоритети і виклики реалізації стратегії розвитку штучного інтелекту в Україні»;
- головний науковий співробітник лабораторії біофізики макромолекул відділу теорії нелінійних процесів в конденсованих середовищах Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України доктор фізико-математичних наук професор Сергій Волков, доповідь «Можлива роль молекул пероксиду водню в йонній терапії ракових клітин»;
- завідувач відділу білкової інженерії та біоінформатики Інституту молекулярної біології та генетики НАН України член-кореспондент НАН України професор Олександр Корнелюк, доповідь «Штучний інтелект і моделювання просторової структури білків»;
- завідувач кафедри фізичної хімії хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка член-кореспондент НАН України професор Ігор Фрицький, доповідь «Біоміметичне моделювання металоензимів: від дослідження механізмів до створення інноваційних каталізаторів»;
- директор та завідувач відділу ензимології білкового синтезу Інституту молекулярної біології і генетики НАН України академік НАН України професор Михайло Тукало, доповідь «Ключова роль аміноацил-тРНК синтетаз в біології і медицині»;
- заступник директора та головний науковий співробітник лабораторії біомолекулярної електроніки Інституту молекулярної біології і генетики НАН України академік НАН України професор Сергій Дзядевич, доповідь «Ензимні електрохімічні біосенсори та їхнє практичне застосування»;
- професор кафедри органічної хімії хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка професор Василь Пивоваренко, доповідь «Абіогенез. Деталі хімічного етапу еволюції біосфери»;
- завідувач відділу нервово-м'язової фізіології Інституту фізіології ім. О.О.Богомольця академік НАН України професор Ярослав Шуба, доповідь «Іонні канали як важливі детермінанти канцерогенезу і перспективні мішені для терапії раку»;
- завідувач відділу механізмів біоорганічних реакцій Інституту біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П.Кухаря НАН України член-кореспондент НАН України професор Андрій Вовк, доповідь «Структурні і механістичні аспекти конструювання біоактивних сполук»;
- завідувачка відділу клітинної біології та біотехнології ДУ «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України» член-кореспондент НАН України професор Алла Ємець, доповідь «Цитоскелет як внутрішньоклітинний регулятор і мішень для біологічно активних сполук».
Відеозаписи всіх доповідей можна продивитися на сайтах НАН України та Інституту біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України.
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 у лютому м-ці 2025 р.
Будемо раді зустрітися з Вами на засіданнях нашого міждисциплінарного загальноакадемічного наукового семінару !
ДРУЗІ! ШИРО ВІТАЮ ВАС З ПРИЙДЕШНІМ НОВИМ РОКОМ!
З повагою -
керівник семінару,
академік НАН України,
професор С.О.Костерін
30 грудня 2024 р.
СоАлювання як нова складова системи антиоксидантного захисту клітини і новий механізм регулювання активності протеїнів
академік НАН України Філоненко В.В.
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
Коензим А (СоА) є життєво необхідним для всіх клітин кофактором, що відіграє ключову роль у клітинному метаболізмі, біосинтезі основних клітинних компонентів, регулюванні експресії генів тощо. Нещодавно нами було встановлено, що СoA може також виконувати функцію антиоксиданта, як в прокаріотичних, так і в евкаріотичних клітинах за умов окислювального стресу, впливаючи при цьому і на активність протеїнів. Ця нетрадиційна функція СoA опосередкована утворенням за його участі нової посттрансляційної модифікації цистеїнових залишків протеїнів, що отримала назву СоАлювання (CoAlation). В доповіді буде висвітлено історію цього відкриття, поточні знання та майбутні напрямки дослідження.
Молекулярне клонування та характеристика СоА-синтази. На початку 2000 років методом двогібридної системи дріжджів нами було виявлено та клоновано кДНК нового зв’язувального партнеру кінази рибосомного протеїну S6 (S6K1) яким виявився невідомий на той час протеїн. Надалі було з’ясовано, що він містить два функціональних домени, які мають фосфопантотеїн-аденілілтрансферазну і дефосфо-СoA-кіназну активності. Таким чином, нами було ідентифіковано біфункціональний ензим, що відповідає за останні два з п’яти етапів біосинтезу СoA в клітині – СоА-синтазу, та клоновано його ген.
Подальшими дослідженнями було виявлено низку регуляторних зв’язків СоА-синтази, зокрема із декількома сигнальними протеїнами, серед яких S6K1, фосфатидилінозитол-3-кіназа (PI3K), кінази родини Src, Shp2 тирозинфосфатаза, а також з протеїном EDC4, що входить до складу Р-тілець (Processing Bodies). Цими дослідженнями було з’ясовано, що на додаток до пантотенаткінази (PanK), яка була відома як головний регулятор біосинтезу СoA, СоА-синтаза також функціонує як ензим, що регулює швидкість біосинтезу СoA.
Надалі було встановлено, що утворення СоА-біосинтетичного комплексу активується за умов окислювального стресу, тоді як інсулін та фактори росту гальмують цей процес. Таким чином, було показано кластеризацію ензимів біосинтезу СoA навколо СоА-синтази, що в свою чергу асоціюється з зовнішною мембраною мітохондрій і може сприяти ефективному каталізу біосинтезу СoA через каналізацію субстратів і проміжних продуктів за умов стресу.
Відкриття СoAлювання протеїнів та антиоксидантної функції СoA. З моменту відкриття СoA. дослідження в основному були зосереджені на його ролі у катаболічних і анаболічних процесах в клітині. Функцію ж СoA як низькомолекулярного тіолу в антиоксидантному захисті, на зразок глутатіону, не було досліджено. Наявність тіолової групи в хімічній структурі СoA та індукування біосинтезу СoA окисниками спонукали нас дослідити, чи бере СoA участь також у регулювання окисно-відновного стану клітини. Для цього було створено анти-СoA моноклональні антитіла і з їхньою допомогою встановлено, що СoA використовує свою тіолову групу для утворення дисульфідного зв’язку з залишками цистеїнів протеїнів в клітинах ссавців за умов окислювального стресу. Цей тип нової посттрансляційної модифікації протеїнів отримав назву СоАлювання. Надалі індукцію СоАлювання було виявлено і за умов метаболічного стресу.
Встановлено, що СоАлювання є широко розповсюдженою модифікацією, яка відбувається як в клітинах ссавців, так і інших організмів, зокрема в бактеріях, дріжджах, амебах та мухах, що зазнають окислювального або метаболічному стресу.
Методом мас-спектрометричного аналізу, в бактеріях і клітинах/тканинах ссавців вже ідентифіковано майже 2100 протеїнів які зазнають СоАлювання за умов окислювального або метаболічного стресів. Біоінформатичним аналізом встановлено, що вони переважно беруть участь у метаболічних та біосинтнтичних процесах та у відповіді клітини на стресс.
Функціональне значення СоАлювання. Нами продемонстровано пригнічення ензиматичної активності низки метаболічних і сигнальних протеїнів, які за умов окислювального стресу зазнають СоАлювання за залишками цистеїнів, розташованих в каталітичній кишені, in vitro. Серед них аконітаза, креатинкіназа, піруватдегідрогеназа кіназа 2, гліцеральдегід-3-фосфатдегідрогеназа (GAPDH) і гідроксиметилглутарил-СоА-синтаза, Аврора-кіназа А, протеїн-супресор метастазування NME1, кіназа рибосомного протеїну S6 - S6K1). Для транскрипційного фактора AgrA показано, що його СоАлювання in vitro в ДНК-зв’язувальному домені має інгібувальний вплив на зв’язування з ДНК.
Відомо, що тривалий оксидативний стрес може призводити до надмірного окиснення залишків цистеїнів до сульфокислот і, як наслідок, інактивації та подальшої деградації протеїнів. На прикладі GAPDH встановлено, що in vitro СоАлювання захищає ензим від інактивації пероксидом водню, тим самим вказуючи на антиоксидантні властивості СоА.
Для Aurora A кінази було виявлено унікальний спосіб її зв’язування з СоА за присутності окиснювача, що пояснював інгібіторний вплив СоА на її активність. Встановлено, що цей процес відбувається через специфічну взаємодію фрагмента АDP із АТP-зв’язувальною кишенею активного центру кінази, що водночас стабілізується СоАлюванням Cys290 активаційної петлі кінази.
Відомо, що порушення редокс-балансу в клітині супроводжує низку важких патологій людини, зокрема нейродегенеративні захворювання. За нашими даними імунореактивність анти-CoA антитіл значно підвищується в зразках мозку за хвороби Альцгеймера та Паркінсона. Для протеїну ж Tau, що входить до складу нейрофібрилярних клубків, показано, що in vitro СоАлювання впливає на його здатність до димеризації і, можливо, до агрегації вже в клітини.
Механізм СоАлювання/деСоАлювання. За аналогією з S-глутатіонілюванням протеїнів, що досліджується протягом останніх трьох десятиліть, ми вважаємо, що мають існувати і ензими відповідальні за регулювання циклу СоАлювання/деСоАлювання, а саме: СoA-трансфераза(и); СоА-редоксин(и); СоА-залежна(і) пероксидаза(и) і СoA дисульфідредуктаза(и). На сьогодні в клітинах бактерій нами вже ідентифіковано два ензими, що каталізують реакцію деСоАлювання, а саме тіоредоксин подібний протеїн YtpP та тіоредоксин А (TrxA).
Висновки та перспективи на майбутнє.
Таким чином, ідентифіковано новий тип пострансляційної модифікації протеїнів – СоАлювання. Щонайменше його функція полягає в захисті протеїнів від окиснення за умов оксидативного стресу, так в регулюванні їхньої активності.
Розуміння молекулярних механізмів циклу СоАлювання/деСоАлювання в прокаріотичних і евкаріотичних клітинах, є одним із головних напрямків майбутніх досліджень. Крім того, важливо з’ясувати, які протеїни можуть бути субстратами СоАлювання та які фактори визначають їхню селективність.
Можливе терапевтичне застосування знань про СоАлювання вимагає подальших досліджень. Наприклад, фармакологічне модулювання рівнів СоАлювання може стати новим підходом до лікування захворювань, пов’язаних з оксидативним стресом, таких як нейродегенеративні хвороби або рак.