На главную              К списку выставок

Актуальные проблемы биохимии и молекулярной биологии

Журнальные статьи

1. 004425
Ashwini M., Murugan Sh.B., Balamurugan S., Sathishkumar R. Достижения в области молекулярного клонирования // Молекулярная биология. 2016. Т. 50. № 1. С. 3-9

“Молекулярное клонирование”, как технология создания рекомбинантных молекул ДНК, стимулировала прогресс во всех науках о жизни. Экспоненциальный рост приложений технологии рекомбинантных ДНК стал возможен благодаря сравнительной легкости манипуляций с ДНК при помощи мощных молекулярных инструментов. Упрощенная технология клонирования генов, методы “бесшовного” соединения нескольких фрагментов гена и использование генных обменных кассет обеспечили скачок в понимании функций генов. Дальнейшее развитие молекулярного клонирования, возможно, связано с методами in silico дизайна последовательности ДНК и ее последующего химического синтеза in vitro. Эти методы синтетической биологии должны обеспечить быструю сборку ДНК из нескольких фрагментов и ускорить прогресс в создании векторов для генной терапии, производства рекомбинантных белков и новых вакцин. Появление инновационных подходов в клонировании позволило решить такие сложные задачи, как идентификация и картирование эпигенетических модификаций и высокопроизводительная сборка комбинаторных библиотек. В предлагаемом обзоре рассмотрены современные достижения в технологии клонирования."

Begovic L. et al. Effect of UVC radiation on mouse fibroblasts deficient for FAS-associated protein with death domain // Int. J. Radiat. Biol. 2016. Vol. 92, № 8. P. 475–482.

Purpose: Ultraviolet (UV) radiation-induced apoptosis enabled us to study the mechanism of DNA damage and to investigate how cells avoid consequences of damaged DNA. Cells with extensive DNA damage activate extrinsic and intrinsic pathways of apoptosis. The extrinsic pathway is coupled to a FAS-associated protein with death domain (FADD), an adaptor protein molecule necessary for mediating apoptotic signals through the cell.Materials and methods: Viability and apoptosis of wild-type and FADD-deficient mouse embryonic fibroblasts were investigated 1, 3, 24 and 48h after exposure to three doses (50, 75 and 300 J/m(2)) of UVC radiation. Morphological changes were observed using DNA binding dyes (Hoechst and propidium iodide) while biochemical changes were monitored using immunodetection of the poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) protein cleavage and caspase-3 activity assay.Results: Results showed that the difference in cell death response between wild-type and FADD-deficient cells depended on dose and incubation time after exposure to UVC radiation. FADD-deficient cells are more sensitive to UVC radiation. Even though FADD-deficient cells lack an adapter protein of apoptotic extrinsic pathway, higher doses of UVC triggered their apoptotic response, while wild-type cells die mainly due to necrosis. A different pattern of caspase 3 activity and PARP cleavage was observed 24h after radiation between two cell lines confirming higher apoptotic response in FADD-deficient cells.Conclusions: Wild-type cells can execute apoptosis via both, the mitochondrial and the receptor-mediated pathway whereas FADD-deficient cells can only activate the intrinsic pathway. There is a difference in UVC radiation response between two cell lines indicating the role of FADD in the selection of cell death modality.

Horton J.A. et al. Inhibition of radiation-induced skin fibrosis with imatinib // Int. J. Radiat. Biol. 2013. Vol. 89, № 3. P. 162–170.

Purpose : Dermal fibrosis is a disabling late toxicity of radiotherapy. Several lines of evidence suggest that overactive signaling via the Platelet-derived growth factor receptor-beta (PDGFR-beta) and V-abl Abelson murine leukemia viral oncogene homolog 1 (cAbl) may be etiologic factors in the development of radiation-induced fibrosis. We tested the hypothesis that imatinib, a clinically available inhibitor of PDGFR-beta, Mast/stem cell growth factor receptor (c-kit) and cAbl, would reduce the severity of dermal fibrosis in a murine model. Materials and methods : The right hind legs of female C3H/HeN mice were exposed to 35 Gy of X-rays. Cohorts of mice were maintained on chow formulated with imatinib 0.5 mg/g or control chow for the duration of the experiment. Bilateral hind limb extension was measured serially to assess fibrotic contracture. Immunohistochemistry and biochemical assays were used to evaluate the levels of collagen and cytokines implicated in radiation-induced fibrosis. Results : Imatinib treatment significantly reduced hind limb contracture and dermal thickness after irradiation. Immunohistochemical studies demonstrated a substantial reduction in PDGFR-beta phosphorylation. We also observed reduced Transforming Growth factor-beta (TGF-beta) and collagen expression in irradiated skin of imatinib-treated mice, suggesting that imatinib may suppress the fibrotic process by interrupting cross-talk between these pathways. Conclusions : Taken together, these results support that imatinib may be a useful agent in the prevention and treatment of radiation-induced dermal fibrosis.

4. U05023
Kaplan J.H., Maryon E.B. How Mammalian Cells Acquire Copper: An Essential but Potentially Toxic Metal // Biophys. J. 2016. Vol. 110, № 1. P. 7–13.

Cu is an essential micronutrient, and its role in an array of critical physiological processes is receiving increasing attention. Among these are wound healing, angiogenesis, protection against reactive oxygen species, neurotransmitter synthesis, modulation of normal cell and tumor growth, and many others. Free Cu is absent inside cells, and a network of proteins has evolved to deliver this essential, but potentially toxic, metal ion to its intracellular target sites following uptake. Although the total body content is low (similar to 100 mg), dysfunction of proteins involved in Cu homeostasis results in several well-characterized human disease states. The initial step in cellular Cu handling is its transport across the plasma membrane, a subject of study for only about the last 25 years. This review focuses on the initial step in Cu homeostasis, the properties of the major protein, hCTR1, that mediates Cu uptake, and the status of our understanding of this highly specialized transport system. Although a high-resolution structure of the protein is still lacking, an array of biochemical and biophysical studies have provided a picture of how hCTR1 mediates Cu(I) transport and how Cu is delivered to the proteins in the intracellular milieu. Recent studies provide evidence that the transporter also plays a key protective role in the regulation of cellular Cu via regulatory endocytosis, lowering its surface expression, in response to elevated Cu loads.

Koo A. et al. In Silico Modeling of Shear-Stress-Induced Nitric Oxide Production in Endothelial Cells through Systems Biology // Biophys. J. 2013. Vol. 104, № 10. P. 2295–2306.

Nitric oxide (NO) produced by vascular endothelial cells is a potent vasodilator and an antiinflammatory mediator. Regulating production of endothelial-derived NO is a complex undertaking, involving multiple signaling and genetic pathways that are activated by diverse humoral and biomechanical stimuli. To gain a thorough understanding of the rich diversity of responses observed experimentally, it is necessary to account for an ensemble of these pathways acting simultaneously. In this article, we have assembled four quantitative molecular pathways previously proposed for shear-stress-induced NO production. In these pathways, endothelial NO synthase is activated 1), via calcium release, 2), via phosphorylation reactions, and 3), via enhanced protein expression. To these activation pathways, we have added a fourth, a pathway describing actual NO production from endothelial NO synthase and its various protein partners. These pathways were combined and simulated using CytoSolve, a computational environment for combining independent pathway calculations. The integrated model is able to describe the experimentally observed change in NO production with time after the application of fluid shear stress. This model can also be used to predict the specific effects on the system after interventional pharmacological or genetic changes. Importantly, this model reflects the up-to-date understanding of the NO system, providing a platform upon which information can be aggregated in an additive way.

6. U05023
Michalski P.J., Loew L.M. SpringSaLaD: A Spatial, Particle-Based Biochemical Simulation Platform with Excluded Volume // Biophys. J. 2016. Vol. 110, № 3. P. 523–529.

We introduce Springs, Sites, and Langevin Dynamics (SpringSaLaD), a comprehensive software platform for spatial, stochastic, particle-based modeling of biochemical systems. SpringSaLaD models biomolecules in a coarse-grained manner as a group of linked spherical sites with excluded volume. This mesoscopic approach bridges the gap between highly detailed molecular dynamics simulations and the various methods used to study network kinetics and diffusion at the cellular level. SpringSaLaD is a standalone tool that supports model building, simulation, visualization, and data analysis, all through a user-friendly graphical user interface that should make it more accessible than tools built into more comprehensive molecular dynamics infrastructures. Importantly, for bimolecular reactions we derive an exact expression relating the macroscopic on-rate to the various microscopic parameters with the inclusion of excluded volume; this makes SpringSaLaD more accurate than other tools, which rely on approximate relationships between these parameters.

7. U05023
Parkin J., Chavent M., Khalid S. Molecular Simulations of Gram-Negative Bacterial Membranes: A Vignette of Some Recent Successes // Biophys. J. 2015. Vol. 109, № 3. P. 461–468.

In the following review we use recent examples from the literature to discuss progress in the area of atomistic and coarse-grained molecular dynamics simulations of selected bacterial membranes and proteins, with a particular focus on Gramnegative bacteria. As structural biology continues to provide increasingly high-resolution data on the proteins that reside within these membranes, simulations have an important role to play in linking these data with the dynamical behavior and function of these proteins. In particular, in the last few years there has been significant progress in addressing the issue of biochemical complexity of bacterial membranes such that the heterogeneity of the lipid and protein components of these membranes are now being incorporated into molecular-level models. Thus, in future we can look forward to complementary data from structural biology and molecular simulations combining to provide key details of structure-dynamics-function relationships in bacterial membranes.

8. U05023
Sun M., Spill F., Zaman M.H. A Computational Model of YAP/TAZ Mechanosensing // Biophys. J. 2016. Vol. 110, № 11. P. 2540–2550.

In cell proliferation, stem cell differentiation, chemoresistance, and tissue organization, the ubiquitous role of YAP/TAZ continues to impact our fundamental understanding in numerous physiological and disease systems. YAP/TAZ is an important signaling nexus integrating diverse mechanical and biochemical signals, such as ECM stiffness, adhesion ligand density, or cell-cell contacts, and thus strongly influences cell fate. Recent studies show that YAP/TAZ mechanical sensing is dependent on RhoA-regulated stress fibers. However, current understanding of YAP/TAZ remains limited due to the unknown interaction between the canonical Hippo pathway and cell tension. Furthermore, the multiscale relationship connecting adhesion signaling to YAP/TAZ activity through cytoskeleton dynamics remains poorly understood. To identify the roles of key signaling molecules in mechanical signal sensing and transduction, we present a, to our knowledge, novel computational model of the YAP/TAZ signaling pathway. This model converts extracellular-matrix mechanical properties to biochemical signals via adhesion, and integrates intracellular signaling cascades associated with cytoskeleton dynamics. We perform perturbations of molecular levels and sensitivity analyses to predict how various signaling molecules affect YAP/TAZ activity. Adhesion molecules, such as FAK, are predicted to rescue YAP/TAZ activity in soft environments via the RhoA pathway. We also found that changes of molecule concentrations result in different patterns of YAP/TAZ stiffness response. We also investigate the sensitivity of YAP/TAZ activity to ECM stiffness, and compare with that of SRF/MAL, which is another important regulator of differentiation. In addition, the model shows that the unresolved synergistic effect of YAP/TAZ activity between the mechanosensing and the Hippo pathways can be explained by the interaction of LIM-kinase and LATS. Overall, our model provides a, to our knowledge, novel platform for studying YAP/TAZ activity in the context of integrating different signaling pathways. This platform can be used to gain, to our knowledge, new fundamental insights into roles of key molecular and mechanical regulators on development, tissue engineering, or tumor progression.

9. 006651
Бучаченко А.Л. Магнитно-зависимые молекулярные и химические процессы в биохимии, генетике и медицине // Успехи химии. 2014. Т. 83. № 1. С. 1-12.

Молекулярная концепция в магнитобиологии представляется наиболее обоснованной и значимой в объяснении биомедицинских эффектов электромагнитных полей, в новой медицинской технологии транскраниальной магнитной стимуляции когнитивных процессов, в ядерно-магнитном управлении биохимическими процессами, в поиске новых магнитных эффектов в биологии и медицине. Главным структурным элементом концепции является ион-радикальная пара — приемник магнитных полей и источник магнитных эффектов. Существование таких пар обнаружено в двух главных жизнеобеспечивающих биохимических процессах — в ферментативном синтезе АТФ и ДНК. Библиография — 80 ссылок.

Давкова Л.Н., Александров И.Д., Александрова М.В. Радиационная биология структурно разных генов Drosophila Melanogaster. сообщение 5. ген cinnabar: общая и молекулярная характеристика его радиомутабильности // Радиационная биология. Радиоэкология. 2014. Т. 54. № 1. С. 5-20.

Методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) проведен скрининг молекулярных изменений ДНК у 9 спонтанных и 59 индуцированных (воздействие -излучения, нейтронов и нейтроны + -излучения) “точковых” мутантов по гену vestigial (vg) Drosophila melanogaster. В зависимости от картины наличия или отсутствия того или иного фрагмента(ов) среди 16, на которые был разделен ген vg (15.1 т.п.н., 8 экзонов, 7 интронов), все изученные мутанты были отнесены к одному из четырех классов: 1) ПЦР+-мутанты (40.7%) без выявленных изменений; 2) “односайтовые” мутанты (33.9%) без какого-либо одного фрагмента; 3) делеционные мутанты (15.2%) без 2-9 смежных фрагментов и 4) “кластерные” мутанты (10.2%) с 2-3 независимыми изменениями 2-го и/или 3-го классов. Если все особи, имеющие спонтанные мутационные изменения (кроме одного ПЦР+-мутанта), относятся к классу (2), то для радиационно-индуцированных повреждений соотношение названных четырех классов существенно зависит от дозы и качества радиации. В частности, нейтроны почти в 9 раз эффективнее -излучения в индукции “кластерных” мутантов. Установлен неслучайный характер распределения “односайтовых” изменений и концов делеций на карте гена. Методом CSGE установлено наличие гетеродуплексов ДНК в экзоне 3 у 5 ПЦР+-мутантов из 17 изученных, в основе которых, как показало секвенирование, лежат микроделеции 5 и 11 п.н. (2 мутанта), а у трех ? транзиции A G. Уже эти первые результаты показывают, что риск от излучений с низкой и высокой ЛПЭ в отношении индукции однонуклеотидного полиморфизма (SNP) может быть гораздо выше по сравнению с таковым по цитогенетическим критериям.

11. 006651
Дмитриенко Е.В., Пышная И.А., Мартьянов О.Н., Пышный Д.В. Молекулярно импринтированные полимеры для биомедицинских и биотехнологических применений // Успехи химии. 2016. Т. 85. № 5. С. 513-536.

Представлены основные результаты по синтезу и применению молекулярно импринтированных полимеров, способных к специфическому распознаванию биологически активных соединений. Обсуждены принципы получения высокоэффективных и специфичных к соответствующим шаблонам молекулярно импринтированных полимеров. Особое внимание уделено вопросам импринтинга высокоструктурированных макромолекулярных и надмолекулярных шаблонов. Рассмотрены существующие и потенциальные области применения молекулярно импринтированных полимеров в различных сферах химии и молекулярной биологии. Библиография - 261 ссылка.

Дьяченко О.В., Тарлачков С.В. и др. Экспрессия экзогенных ДНК-метилтрансфераз: использование в молекулярной и клеточной биологии (обзор) // Биохимия, 2014, Т.79, №.2, С. 115-127

Благодаря своей способности узнавать и модифицировать остатки оснований в специфических последовательностях генома ДНК метилтрансферазы могут использоваться как инструмент для исследований в молекулярной и клеточной биологии. Метилирование эукариотического генома экзогенными ДНК метилтрансферазами – перспективный подход к исследованию структуры хроматина. Особый интерес вызывает разработка методов направленного метилирования специфических генетических локусов с помощью ДНК метилтрансфераз, слитых с ДНК связывающимися белками. В представленном обзоре обсуждаются результаты применения экспрессии экзогенных ДНК метилтрансфераз для анализа функциональной структуры хроматина in vivo, исследования функциональной роли метилирования ДНК в клеточных процессах, а также перспективы применения этих ферментов в эпигенетической терапии и в селекции растений

13. 004425
Жарикова А.А., Миронов А.А. piРНК: биология и биоинформатика // Молекулярная биология. 2016. Т. 50. № 1. С. 80-88.

Открытие малых некодирующих РНК и их роли в различных регуляторных механизмах заставило многих ученых посмотреть на принципы функционирования клетки с другой стороны. Молекулы малых РНК играют ключевую роль в таких важных процессах, как ко- и посттрансляционная регуляция генной экспрессии, эпигенетические модификации ДНК и гистонов, а также антивирусная защита. piРНК – один из самых многочисленных и при этом наименее изученных классов малых некодирующих РНК. piРНК активно экспрессируются в клетках зародышевой линии большинства эукариот, и основной их функцией является регуляция активности мобильных элементов в ходе эмбрионального развития. При этом за последние годы показано, что piРНК участвуют в жизнедеятельности соматических клеток. В то же время механизмы биогенеза и функционирования piРНК активно изучаются. В обзоре представлена информация о биогенезе и разнообразных функциях piРНК, а также биоинформатические аспекты этой области молекулярной биологии.

14. 005644
Жижина Г.П. Влияние малых доз низкоинтенсивной ионизирующей радиации на структуру и функции ДНК // Радиационная биология. Радиоэкология. 2011. Т. 51. № 2. С. 218-228.

Хроническое действие малых доз ионизирующей радиации (ИР) низкой интенсивности на биологические объекты приобрело в настоящее время большую социальную значимость. Это придало значительный импульс научным исследованиям биологических эффектов и механизмов такого воздействия как в России, так и за рубежом. Настоящая работа посвящена обзору физико-химических и молекулярных основ влияния ИР в малых дозах и способов защиты клеток от радиационных повреждений, а также анализу особенностей и различий действия радиации в малых и больших дозах. Рассматриваются радиационные повреждения ДНК в культурах клеток и в живом организме, процессы и результаты их репарации. Особое внимание уделяется изменениям основных парадигм радиационной биологии.

15. 000513
Кучмий А.А., Ефимов Г.А., Недоспасов С.А. Методы молекулярной визуализации in vivo (обзор) // Биохимия. 2012. Т. 77. № 12. С. 1603-1620.

"Визуализация отдельных молекул и клеточных популяций широко используется для изучения биологических процессов на молекулярном уровне и, в частности, при исследованиях иммунной системы. Благодаря появившимся новым методам, визуализация биологических объектов претерпела качественный переход от получения отдельных статических изображений к наблюдению за динамикой клеточных событий в организмах в реальном времени in vivo. Современные методы прижизненной визуализации позволяют локализовать клетки внутри органов и тканей, проанализировать процессы их дифференцировки, миграции, проследить события внутри одной клетки и межклеточные взаимодействия. Особую роль для изучения биологических процессов играют флуоресцентные методы прижизненной микроскопии. В настоящий момент постоянно совершенствуются свойства контрастных меток, стратегии их внедрения в организм и высокоточные биофизические методы их детекции. Новые подходы позволяют анализировать большее количество меток одновременно, при большем разрешении и на большей глубине. В обзоре описаны некоторые современные методы визуализации in vivo, с акцентом на флуоресцентные методы, и приведены примеры их использования в биологии и медицине.

Недоспасов С.А. Молекулярная иммунология - на стыке веков, на стыке дисциплин // Молекулярная биология. 2011. Т. 45. № 1. С. 3-6.

Этот специальный выпуск журнала “Молекулярная биология” посвящен актуальным проблемам молекулярной иммунологии, вирусологии и смежных наук: молекулярной генетики, биохимии и клеточной биологии. Вниманию читателей предлагается ряд обзоров, а также оригинальные экспериментальные работы. Этот номер подготовлен в очень сжатые сроки и, разумеется, никак не может претендовать на охват всех направлений современной науки.

17. 035550
Румянцев К.А., Шеметов А.А., Набиев И.Р., Суханова А.В. Взаимодействие белков и пептидов с наночастицами: структурные и функциональные аспекты // Российские нанотехнологии. 2013. Т. 8. № 11-12. С. 18-34.

Последние достижения в области нанотехнологии открывают широкие возможности для применения техногенных наночастиц в биологии и медицине. Благодаря своему размеру наночастицы способны проникать практически во все органы, ткани, клетки и клеточные органеллы. В некоторых случаях взаимодействие наноразмерных частиц с белками может приводить к модификации структуры молекул белка и, вследствии этого, появлению на поверхности белковой молекулы ранее скрытых пептидных эпитопов, а также возникновению у белков новых, нефизиологических функций. Адсорбция белков и пептидов на поверхности наночастиц может приводить к увеличению локальной концентрации белковых молекул, что может вызывать их структурно-функциональные изменения за счет увеличения авидности. Взаимодействие наночастиц с белками и пептидами может также индуцировать кооперативные эффекты, тем самым изменяя скорость процесса образования фибриллярных агрегатов белков или стимулируя возникновение аморфных агрегатов наночастиц и биомолекул. Очевидно, что глубокое понимание молекулярных механизмов нанобиовзаимодействий необходимо для дальнейшего развития целого ряда областей применения нанотехнологии. В настоящем обзоре рассматриваются последние достижения в исследовании молекулярных механизмов взаимодействия белков и пептидов с наночастицами, а также возможные структурные, функциональные и токсические последствия таких взаимодействий. Представленные в данном обзоре данные могут быть полезны для анализа возможных эффектов взаимодействия биомолекул с техногенными наночастицами.

18. 010661
Семак И.В., Курченко В.П., Шолух М. Биохимия биологически активных веществ // Вестник БГУ. Серия 2, Химия. Биология. География. 2011. № 3. С. 73-76.

Рассмотрены научные достижения кафедры биохимии в области биохимии биологически активных веществ.

19. 035673
Суплатов Д.А., Швядас В.К. Изучение функциональных и аллостерических сайтов в суперсемействах белков // Acta Naturae (русскоязычная версия). 2015. Т. 7. № 4 (27). С. 39-52.

К важнейшим факторам регуляции функциональных свойств белков (ферментов) относится их взаимодействие с различными низкомолекулярными соединениями, а также белок-белковые взаимодействия. К настоящему времени наиболее хорошо изучены молекулярные механизмы действия лигандов, которые связываются в функциональных сайтах белков (активных центрах ферментов), в то время как механизмы аллостерической регуляции или связывания в других центрах изучены недостаточно. Исследования последнего времени показывают, что аллостерия может быть свойством практически всех белков, и для систематического анализа организации и роли различных сайтов, установления взаимосвязи между их структурой, функцией и регуляцией необходимы новые подходы. Современные методы компьютерной биологии, биоинформатики и молекулярного моделирования позволяют вести поиск новых центров связывания регуляторных лигандов, изучать особенности их структурной организации, сходство различных сайтов в гомологичных белках, молекулярные механизмы аллостерии, а также взаимосвязи функции и регуляции. Установление эволюционных взаимосвязей между различными центрами связывания в суперсемействах белков, открытие новых функциональных, аллостерических и регуляторных сайтов с использованием вычислительных подходов должны улучшить наше понимание структурно-функциональных взаимосвязей в белках, предоставить новые возможности для создания лекарственных средств и дизайна более эффективных биокатализаторов.

Чугунова А.А., Донцова О.А., Сергиев П.В. Методы изменения геномов: новая эра в молекулярной биологии (обзор) // Биохимия. 2016. Т. 81. № 7. С. 881-898.

Скорость определения геномных последовательностей в настоящее время далеко обогнала наше понимание того, в чем заключается функция большинства генов. Изучение физиологической роли генов было бы невозможным без развития методов редактирования геномов, которые позволяют инактивировать гены и изучать последствия этой инактивации, внедрять чужеродные гены в геном для исследовательских или технологических применений, создавать гены, кодирующие гибридные белки, для изучения экспрессии, локализации и молекулярных партнеров биомолекул, создавать с помощью лабораторных животных модели болезней человека для поиска средств их лечения. Наконец, редактирование генома позволяет надеяться на то, что человечество сможет лечить наследственные заболевания. В обзоре рассматриваются и сравниваются наиболее известные методы инактивации и редактирования генов, а также внедрения чужеродных генов в геном модельного организма.

На главную              К списку выставок