1. Общая формулировка научной проблемы и ее актуальность.
Выяснение на молекулярном уровне физиологической роли холестерина в клетке и механизмов действия пептидов-антибиотиков на мембраны бактерий.
2. Конкретная решаемая в работе задача и ее значение.
Изучение влияния холестерина на динамику молекул спин-меченых липидов в модельных биологических мембранах, состоящих из синтетических липидов 1-пальмитоил-2-oлеоил-sn-глицеро-3-фосфохолина (РОРС). Изучение динамики в РОРС спин-меченого пептида-антибиотика Trichogin GA IV.
3. Используемые подходы, новизна и оригинальность.
Использован недавно развитый авторами новый подход к изучению динамики спин-меченых молекул, основанный на применении спектроскопии стимулированного электронного спинового эха (ЭСЭ). Подход позволяет по раздельности регистрировать быстрые стохастические колебания молекул (молекулярные либрации) и медленные вращения. Также использован развитый авторами подход по определению топологии спин-меченых молекул в мембранах, исходя из эффекта модуляции ЭСЭ спиновых меток в гидратированных дейтерной водой мембранах. В работе использовались биомолекулы, содержащие спиновые метки в разных положениях в своей структуре.
4. Полученные результаты и их значимость.
Обнаружено, что в модельной мембране РОРС в присутствии холестерина происходят быстрые либрации для всех позиций метки в липиде [1, 2]. Этот эффект может быть связан с упорядочивающим действием холестерина. Вращательные движения в присутствии холестерина подавляются около поверхности мембраны, что может объясняться конденсирующим действием холестерина. Оказалось, однако, что в центре мембраны в присутствии холестерина вращения становятся заметно более интенсивны. Этот эффект объяснен топологическими свойствами холестерин-содержащих мембран, для которых вне стероидного ядра холестерина появляется больше свободы для движений - по сравнению с мембранами без холестерина. Этот новый эффект может иметь значение для понимания влияния холестерина на топологические и динамические свойства биологических мембран.
Обнаружено, что при концентрациях пептида-антибиотика Trichogin GA IV, соответствующих появлению его терапевтического действия, происходит его димеризация и возникает его трансмембранная ориентация [3] (c использованием результатов [4]). При этом даже при низких температурах появляются вращательные движения пептида вокруг оси его спирали. На основе этого предложен новый механизм терапевтического действия этих антибиотиков, основанный на предположении о возможном содействии вращения молекул трансмембранного антибиотика транспорту молекул воды через мембраны бактерий, что и приводит в конце концов к разрушению клетки.
5. Уровень полученных результатов в сравнении с мировым.
Результаты были доложены и активно обсуждались на Международной конференции группы ЭПР Королевского химического общества (Норидж, Англия, 2009, устный доклад), Международной конференции по магнитному резонансу в биологических системах (Кэрнс, Австралия, 2010, устный доклад) и на конференции Азиатско-Тихоокеанского общества ЭПР (Чеджу, Ю. Корея, 2010, пленарная лекция и два стендовых сообщения).
6. Вклад авторского коллектива.
А.А. Шубин принимал участие в теоретическом моделировании, итальянские соавторы синтезировали спин-меченый пептид, Я. Раап принимал участие в обсуждении.
Список прилагаемых статей.
- Isaev N.P., Syryamina V.N., Dzuba S.A. , Influence of cholesterol on molecular motions in spin-labeled lipid bilayers observed by stimulated ESE ,Appl. Magn. Reson. 37 405-413 (2010)
- Isaev N.P., Syryamina V.N, Dzuba S.A. , Small-angle orientational motions of spin-labeled lipids in cholesterol-containing bilayers studied at low temperatures by electron spin echo spectroscopy ,J. Phys. Chem. B 114 9510-9515 (2010)
- Syryamina V.N., Isaev N.P., Peggion C., Formaggio F., Toniolo C., Raap J., Dzuba S.A. , Small-amplitude backbone motions of the spin-labeled lipopeptide trichogin GA IV in a lipid membrane as revealed by electron spin echo ,J. Phys. Chem. B 114 12277–12283 (2010)
- Milov A. D., Samoilova R. I., Shubin A. A., Grishin Yu. A., Dzuba S. A., ESEEM Measurement of Local Water Concentrations in Spin-Labeled System, Appl. Magn. Reson. 35, 73-94, (2008)