Введение к работе
Актуальность проблемы. Поиск высокоспецифичных биологически активных соединений (потенциальных компонентов для создания фармакологических препаратов или биодобавок), исследование механизма их действия, изучение структурно-функциональных отношений, являются важнейшими задачами биоорганической химии. Особый интерес представляют циголитические токсины белковой природы - уникальный по химической структуре и физиологическому действию класс биологически активных соединений, продуцируемых ядовитым аппаратом некоторых насекомых, рептилий, морских беспозвоночных, а также микроорганизмами.
Благодаря своему мембранотропному действию, цитолизины выступают в качестве цигоплазматических маркеров, являются незаменимым инструментом исследования структурной организации и механизмов функционирования биологических мембран. Знание первичной структуры и пространственной организации этих соединений позволяет делать выводы о центрах связывания с мембранными рецепторами и приводит к пониманию ряда процессов, происходящих на клеточном уровне. Несмотря на большой интерес к циголитическим полипептидам различных микро- и макроорганизмов, структурная организация и механизм их действия остаются недостаточно изученными.
В настоящее время широко исследуются актинопорины - циголитические полипептиды актиний, обладающие способностью образовывать поры в мембранах клеток эукариот, что лежит в основе проявляемых ими различных фармакологических эффектов. При исследовании механизма действия актинопоринов и их биологической активности были выявлены процессы, происходящие без разрушения клеточной мембраны и, соответственно, гибели клетки. Предполагается, что существуют определенные рецепторы или какие-то иные специфические трансдуктивные пути, которые также могли бы быть причиной наблюдаемых фармакологических эффектов.
Цель работы. Основной целью диссертационной работы являлось выделение, изучение физико-химических характеристик, установление первичной структуры и анализ пространственной организации актинопорина тропической актинии Radianthus macrodactylus, а также изучение механизма действия актинопорина на биологические и модельные мембраны и исследование его взаимодействия с актином. Настоящая работа представляет собой часть исследований, проводимых в Тихоокеанском институте биоорганической химии ДВО РАН по изучению структурно-функциональных взаимосвязей биологически активных полипептидов морских беспозвоночных.
Задачи исследования:
-
Выделить и охарактеризовать цитолитические полипептиды из актинии R. macrodactylus.
-
Исследовать механизм действия цитолизина на модельные и биологические мембраны.
-
Установить первичную структуру актинопорина.
-
Изучить пространственную организацию полипептида и исследовать его конформационную стабильность.
4 5 Исследовать взаимодействие актинопорина с актином Положения, выносимые на защиту:
-
Новый цитолитический полипептид, RTX-S И, выделенный из актинии R macrodactylus, по физико-химическим свойствам и механизму действия на бислойные липидные мембраны относится к классу сфингомиелинингибируемьж цитолизинов актиний - актинопоринам
-
Первичная структура RTX-S II имеет высокую степень гомологии с аминокислотными последовательностями актинопоринов актиний, принадлежащих к одному семейству Stichodactyhdae
-
RTX-S II имеет достаточно жесткую третичную структуру и упорядоченную вторичную структуру с высоким содержанием (5 -структуры
-
Актинопорины, помимо взаимодействия с липидными компонентами мембраны, взаимодействуют также и со структурным белком цигоскелега актином и могут быть отнесены к группе актинсвязывающих белков
Научная новизна и практическая ценность работы.
Установлена первичная структура нового актинопорина R macrodactylus, исследован механизм его действия Впервые показано влияние актинопоринов на процессы пролиферации клеток
Настоящая работа представляет первое исследование взаимодействия актинопорина с белковыми компонентами цигоскелега Показано, что актинопорины, помимо взаимодействий с липидами мембраны, взаимодействуют также и со структурным белком актином, и, таким образом, могут быть отнесены к группе актинсвязывающих белков Впервые были определены кинетические и термодинамические характеристики комплекса актинопорин-актин На основании полученных результатов сделан вывод о влиянии актинопорина на процессы полимеризации и/или деполимеризации актина, лежащие в основе клеточной пролиферации Предполагается, что взаимодействия между акгинопоринами и актином лежат в основе проявляемьж ими различньж фармакологических эффектов
Выяснение механизма действия актинопоринов необходимо для более глубокого понимания целого ряда процессов, протекающих при действии этих полипептидов in vivo Результаты структурно-функциональных исследований актинопоринов могут быть основой для создания эффекгивньж рекомбинантньж иммуно- и митотоксинов, специфически действующих на внутриклеточные мембраны опухолевых клеток или паразитов
Апробация результатов. Материалы работы были представлены на Российском симпозиуме по химии и биологии пептидов, Москва, 2003, Объединенной международной научной конференции "Новая геометрия природы", Казань, 2003, International Symposium on the Chemistry and Biology of Marine Organisms, Kolympari, Crete, Greece, 2003, Международном симпозиуме "Химия и химическое образование", Владивосток, 2003, XI International Symposium on Marine Natural Products, Sorrento, Italy, 2004, Региональной
5 научной конференции «Исследования в области физико-химической биологии и биотехнологии», Владивосток, 2004.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи и 7 тезисов докладов.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка литературы. Работа изложена на 121 странице машинописного текста, содержит 10 таблиц и 37 рисунков. Список литературы включает 186 цитируемых работ.
