отзыв ведущеи организации (Анализ данных атомно-силовой микроскопии с помощью компьютерного моделирования)

ФАНО РОССИИ Федеральное государственное бюджетное учреждение Науки Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэли Российской академии наук (ИБХФ РАН) Косыгина ул., д. 4, Москва, 119334, Тела [499) 137-64-20, факс !499) 137-41-01 Е-паол)ЬсрФвку.сьрь.гав.ги "УТВЕРЖДАЮ" Директор Федерального гсюударствсицого бюджетного учреждения науки Иисзз1зут биохимической физики им. )-!.М. Эмануэля Российской академии паук ОКПО 402412?4, ОГРН 1037739274308 ИННг"КПП 7736043895/773601001 ».~д.~?Л вЂ” гк» тЯ- от доктор химических наук, ка Ня урочкии 01'ЗЬ ведущей организации ца диссертациогшузо работу '1олстовой Лицы Павловны «Аиализ данных атомно-силовой микроскопии с помощью коьшьютсриого моделировацияхь представленную ца соискание ученой сгецеци кандидата физико-математических наук цо специальности 03.0!.02 — Биофизика Диссертационная рабгна Л. П.

1'олсзовой иосщицсиа развипио цриццицов и моголов изучения цростраисгащшой структуры белков и ослковых комплексов, оцрсдслясмой особеццосзями конформации в биологической среде белковых макромолскул с извесгиой аминокислотиой последовательиостью. В работе представлен оригинальный подход к изучению трехмерных коцформаций, сочетающий экспериментальные методы атомиосиловой микроскопии для наблюдения цативцых коцформаций белковых макромолскул с миеецпичсским моделированием их третичцых и четвсртичных структур. Предложенный подход бьщ реализован примецительцо к ряду белков, прострацсгвеицая коцформация коиформациоциыми особсшк)сггскць 1:!зучсцию зтнюлогии белковых хщкромолекул посвящено вцушитслыюе чис ю исслеловашШ.

Один из осиовцых моголов ~аких исследований - комцью|срцос моделирование белков и белковых комплексов; базирусгся ца ко~орых ранее бьща цсизвестцой. В молекулярной биолщ.ии данные о трехмерной структуре белков црсдсгаллянп. особый шперес. Поскольку позволяю~ связагь свойства и ф,икции белков с цх объекгов, получаемых из данных рентгснострукгурнь$х исслсдова1$иЙ, Ргипге$юсгру$сгуриый анализ позволяет получать координаты всех атомов тех участков макромолекулы, которые находятся в кристаллической форме. Однако, ие вес участки оелковой молекулы оказываются кристашзизованными. Ьолыцинство из иих имеют иодвижиые участки, структура которых, в итоге, остается неизвестной.

Число публикаций, направленных на решение данной нроблемы. растет. однако нрсдсказаиия о$раничивгиотся небольшими у $ас$ках>и вну>ри уже извеспюй' структуры, Сложившаяся с>пуация трсоуе$ новь$х подходов к проблеме нативных конформаций белковых макромолекул. Необходимость в таких данных для молекулярной биологии, биохимии и биофизики определяет а$ггуальиосп диссертационной работы А.Г!. Толстовой. Предло>кенный ею подход.

основаннь$й на комбинировании математического моделирования белковой струкгуры в се естественном жидком окружении с >ксиеримситальш,$м изучеиием ес с>..шженной 30 конфигурации в водной среде методах>и атомно-силовой микроскопии. определяс$ сс Новизну и научную значимость. Диссертациош>ая раб!па А.ППолстовой нацелена на поиск возможиостсй уго !нить 1рехмериую структуру белков и белковых комплексов. содержащих нсрасшифровшшыс нсструкгурированные участки. Для изучения возможной зрсхмсрной струк$уры исследуемых белков использован метод молекулярной динамики с уГ>е>!Изхь$1,$$$,$К$ обоан>ванием используемого алгоритча мсжатомного взаимодеГютвия в макромолскуле.

$5$$олне разумно решена принципиальная нроблсча исходной конфигурации атомов — в ка 1сстве начальной конфигурации использовались даннью ре1гпеноструктурного аиализа кристаллических участков, коиформационные лакуны иа неструктурированных участках з>н$0:1$$ялись лиоо из да>шых О П1'.рекрыВаю$цихс5$ участк>1х В раЙоне Л$1кун. 1$1!бо расч$".'П$ыми методами. $>а>К1$еГ$$$$1$м ирсимуц$сствоч предлагаемой расчеп$ой схемы является учез взаимодействия атомов. составл>иощих белковую молекулу, с окружакнцсй водной средой и с $$о;$>о>ккой. Учез' !якого Взаимодейс гвия оказывае>ся 1>е$$шю$$$им д$я $>о;$.'$е$$ия на>$$В$1$ $х конформаций белковых макромолекул, для изу $сиия их зависимости оз харак>срис1ик, в 1$ерВую О $ере5$$ рН, Окру>каюц>ей среды, а закже .'$ля изу*'$сни5! характера Влняния Подложки 1га пространственную структуру белковой молекулу.

осаждециой на подложке. Метод молекулярной динамики позволил автору проследить успшовление равиовсснои конфигурации атомной системы в виде нативной конформации в водной среде и измененной конформации иа подложке. Полученные данные но расчепюй конформации исследованных бе:$ков на твердых иодлоя!ках различно!.о тина сравнивались со с$Л$ажснной рельефом исследуемых макромолекул, нолучемым зксперимснтально методами атомно-си.явой микроскопии. Предлагаемая схема расчета бьцщ успсцшо применена автором для исследования иространственной структуры нескольких белков. Рсзулщаты моделирования были иснользованы для тракговки простраиственной структуры исследуемых белков, !щблюдасмых на изображениях, иолученных автором на ап!мно-силовом микроскоие в режиме 1юлуконтактной моды.

В качестве Основных объекзов исследования А.П. Толе!Ово!! 70 оыли использованы О -субьединица Рг!К-полимеразы ЕксйепсЫ!1 соl!' и фибриноген человека. Оба белка содержа~ некристалличсские субъединицы с неизвестной геометрической структурой. Парщпельно, по предложсшюй схеме рас !с! ов, была смоле:шрована пространственная структура лизоцима - белка. Нс содеряцнцсга нскристагпических учао!ков, конфорыационная с117тктя)а кО.горйг0 известна из данных рс!птеиоструктурного анализа.

Данная часть исследовщщй вьнюлнялась диссергаи!Оы. побы подтвердить правомерность предлагаемой! схемы моделирования нространствашой с! Рул-гуры белковых макромолекул. Диссерта1тия вк !Нгчаст 130 совании текст!1; Она солср7ки'!' ввсдсние, ! Ри 17гавы, вк:ночка обзор литературы. зак:почение и сгпсок литера гуры. Во введении 1юказывасггся актуальность, теоретическая и практическая значимгкзгь и научная новизна результатов диссертации, формулируется цель и задачи исследования.

В первой главе проводится анализ литературных данных, включа1ощий обзор мегодов атомно-силовой микроскопии и молекулярной динамики. их возможное!сй и недостатков. Указаны грщшцы применимости метода молекулярной динамики, подробно описаны методы решения проб;юмы трехмерной структуры при !!тсутс!Иии данных о стру!стуре подщ!ИО1ых участков белков.

Представлснныс даниыс иснользу!о!ся для формулировки цели и задач исследования, Вторая ! лава содергкит результаты исследований. проведенных для ада!гщции могола К!Сявку:!ярной;1И1щмики к ср!1щ!сн!Но с !ксисриме1иа:ц,ными аповой микроскопии. Глава разбита 1щ три раздела. огражающие три основных проблемы молекулярной динамики, .возникающие перед началом компьютерно!о зкспсриме!гга неопределенность ири вькюре исходных отру!сгур, связанная с ограниченщлм разрешением зксперик!енталы!ых методов их получения; отсугствне данных о структуре некоторых частей белков; и, наконец, отсугствис моделей л;щ описаню! взаимодействия а!омов некоторых !всрдых гол с белками.

В 1-ом разделе !лавы рассмогрс!!а проблема невысокого разрсшени>! кристаллографических данных для белковых кристаллов, получаемых меголами рснтгеноструктурнОГО анализа. Обы'!но з'!Т) проолея!а реп)ае!'Ся путем процсдуры лока.'!Ыюй минимизации энергии, которая должна приводить белок к кристаллической структуре, имеющей наименыпую совокупную потенциалы!ую )перги!о. Диссср))1!Тг показа:п.

Тго данная процедура не вьпю;шяет свою калач) и ис приводи г бслковыс структ) р! ! к ! Л5)бгзльноы) минимммъ потенциальной и!Сргш). '!см нс менее. Процедура локаш,ной мииимизации 'энср1'ии можс1 оьп! использов1П!а для выоора и!НгальноГО сосн)5Н!И51 в х!с!О !с мо.юкулярной ди!!Вмики. Во втором раз)!еле ! лавы Л.П. То)югова описала процедуру прсдсказашгя трехмерной сгруктуры недостакнцих учас)ков белка О"-субьединицы Р11К-нолимсразы ЕС1)й Она ирод.!Оязиэ!а способ умсньшить Всличииу з!'Нх участков пуГсм !Газ!ожения !разных сгртк1ур одного и того же белка. Результаты шслегшо!'о моделирования позволили лиссерга!Ггу прсдлоя ить модели простраиственной структуры:э!Ого белка при разных концентрациях солей в во.1ном растворе и качественно онисазь конформационнью переходы в белке нри изменении состава водной среды. В третьем разделе рассмо!рсиа Проблема моделирования мс!одом молскулярш)й динамики адсорбции белков на раз:и шыс твср.югсльныс повсрхиосп!.

испо.1ьзуемыс в Гпомно-силовой микроскопии. Л.П. Толстова разрабспала модели лля опис!шия нзаимодейс1вия бе:1ковых молекул с различными гипами Подложек — просп!х Подложек из с поды и графита, химически модифицированных подложек (сшода, покрытая )сксамсти)!дисилозанох!! и композитных подложек (графит со слоем адсорбировашн)го полимера бгар!)!1е Мой!!1сг на поверяюсги).

Е!ос)росниые модели в дальнейшем использовались для математическо)-о моделирования конформации исследуемых белков на 1!Овсрхности подложек различного.г!ша. В третьей главе диссертации изложены результаты сравнения белковых структур. пол)чснных численным молол)ц)ованнсм и наолюдаемых )га атомно-силов!1х изооражеииях с5)отвегству)ОП)их макромолекул.