Автореферат (1103953)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛОМОНОСОВАБИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиГалочкина Татьяна ВладимировнаМОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ЛИПОПОЛИСАХАРИДОВИ ИХ РОЛИ В ПРОЦЕССЕПАТОЛОГИЧЕСКОГО СВЕРТЫВАНИЯ КРОВИ03.01.02 — БиофизикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква, 2017Работа выполнена на кафедре биофизики биологического факультета Московскогогосударственного университета имени М.В.
Ломоносова.Научный руководитель:Рубин Андрей Борисович,доктор биологических наук, профессор,член-корреспондент РАН, заведующий кафедройбиофизикибиологическогофа-культета МГУ имени М. В. Ломоносова.Официальные оппоненты:Лобанов Алексей Иванович,доктор физико-математических наук, профессор Московского физико-техническогоинститутаБовин Николай Владимирович,докторхимическихнаук,профессор,руководитель отделаИнститута биоорганической химии РАНЧугунов Алексей Олегович,кандидатфизико-математическихнаук,с.н.с. Института биоорганической химииРАНЗащита диссертации состоится 19 октября 2017 г.
в 17 часов 30 минут на заседаниидиссертационного совета МГУ.01.04 Московского государственного университета имениМ. В. Ломоносова по адресу: Москва, Ленинские горы, д. 1, строение 2.E-mail: biophys.dissovet@physics.msu.ruС диссертацией можно ознакомиться в отделе диссертаций научной библиотеки МГУимени М. В. Ломоносова (Ломоносовский просп., д. 27) и на сайте ИАС «ИСТИНА»:https://istina.msu.ru/dissertation_councils/councils/28357490/Автореферат разослан «»2017 г.Ученый секретарь диссертационного совета МГУ.01.04,кандидат технических наукА.
Э. СидороваОбщая характеристика работыРабота посвящена исследованию надмолекулярный структуры липополисахаридов (ЛПС), их агрегатов и мембран методами молекулярнойдинамики (МД), а также исследованию различных аспектов активациисвертывания крови при сепсисе при помощи математических моделей.Развитие сепсиса при инфекционном заражении является одной из наиболее распространенных причин смертности в больницах. Одним из осложнений при сепсисе является синдром диссеминированного внутрисосудистого свертывания, который характеризуется образованием тромбов по всему организму, ведущему к отказу жизненно важных органов.
Наиболее распространенной причиной развитиясепсиса являются грамотрицательные инфекции, реакция на которые связана, в первую очередь, с попаданием в кровь компонентов клеточной стенки бактерий (рис. 1 A) — липополисахаридов (ЛПС). ЛПС крайне иммуногенны, а также активируют моноциты и нейтрофилы и вызывают апоптоз клеток эндотелия [1]. В результате, попадание ЛПС в кровь ведетк активации плазменного звена системы свертывания крови (рис. 1 B), и,возможно, тромбоцитов, что провоцирует образование тромбов. Ингибирование системы свертывания крови приводит к подавлению спонтанноготромбообразования, снижает уровень воспалительного ответа и улучшаетвыживаемость при сепсисе [1].Несмотря на значительный прогресс в описании отдельных компонентов системы свертывания, суммарный ответ этой системы на возмущениечасто невозможно предсказать, исходя из экспериментальных наблюдений.В связи с этим, ключевую роль в исследовании тромбообразования играетмоделирование.
Модели тромбообразования в различных условиях позволяют воспроизвести два основных свойства системы свертывания — поро3Актуальность исследования.говый ответ на возмущение и быстрый рост сгустка. Основополагающаягипотеза, объясняющая такое поведение системы, была сформулирована вработе Атауллаханова и Гурии в 1994 году [2]. Было предположено, чтопроцесс нарастания концентрации тромбина в пространстве, имеет автоволновую природу, что было подтверждено в многочисленных in vitro иin silico экспериментах [3, 4].
При этом, аналитически модели свертывания крови исследованы в существенно меньшей степени из-за сложностирассматриваемой системы. Основные теоретические результаты полученылибо для пространственно однородных систем [5,6], либо для распределенных моделей, включающих в себя минимальное количество переменных [7].Рис. 1: Схематическое изображение структуры клеточной стенки грамотрицательной бактерии (A) и схема основных реакций каскада свертываниякрови (B).Моделирование процесса тромбообразования существенно осложняетсявлиянием геометрии сосуда на динамику формирования сгустка. Размерповреждения и скорость потока играют ключевую роль при образованиитромба вблизи поврежденной стенки сосуда в случае запуска внешнего пути каскада свертывания [3, 4].
Активация контактной системы на инородных объектах в плазме, в свою очередь, зависит от площади и структурыповерхности активатора [8]. Роль ЛПС в этом процессе продемонстрирована в экспериментах in vitro [9].4Структура молекул ЛПС влияет на их взаимодействие с клетками хозяина, на устойчивость бактерий к антибиотикам [10, 11] и на биологическую активность образуемых ими агрегатов [12]. Природу наблюдаемыхразличий часто невозможно объяснить, не принимая во внимание пространственную организацию ЛПС. Экспериментальное исследование трехмерной организации ЛПС осложняется неоднородностью их химическойструктуры и конформаций, что особенно критично для О-антигена, имеющего длину до сотен гексапиранозных остатков [13].
Теоретическое решение задачи о пространственной укладке столь длинных цепей сроднирешению задачи о фолдинге белка и сталкивается с аналогичными проблемами (парадокс Левинталя), но дополнительно осложнена отсутствием уО-антигенов предопределенного фолда. Более того, фолдинг О-антигеноввсегда происходит среди других молекул и существенно зависит от окружения.В последние годы начали появляться работы, посвященные моделированию ЛПС-содержащих систем методами МД.
Конформационная динамика ЛПС в мембранном окружении была исследована для моделей мембранE. coli[14–16], однако поведение О-антигена было рассмотрено наминимальном, качественном уровне. Более подробные исследования подвижности О-антигенов были проведены для свободных фрагментов Оантигена в растворе [17–19]. В то же время, вопросы о влиянии выборасилового поля и начальных условий на результаты моделирования все ещетребуют исследования.
В перспективе, аккуратно верифицированные МДмодели позволят пролить свет на молекулярные детали взаимодействияклеток грамотрицательных бактерий, а также фрагментов их клеточнойстенки и агрегатов ЛПС с клетками организма хозяина и белками каскадасвертывания крови.5Цели и задачи исследованияПредставленная работы имела две основные цели:∙получить аналитические оценки условий формирования тромба припопадании в кровь ЛПС;∙исследовать пространственную структуру ЛПС и ЛПС-содержащихсистем методом молекулярной динамики.Для достижения целей работы были поставлены следующие задачи:∙при помощи математических моделей оценить величину критического возмущения системы свертывания, оценить скорость роста тромбаи критический размер повреждения, ведущий к закупорке сосуда;∙построить модель активации контактного пути каскада свертываниякрови, учитывающей агрегатное состояние ЛПС;∙создать и валидировать полноатомные модели молекул ЛПС, их мицелл и фрагмента ЛПС мембраны;∙исследовать пространственную структуру свободных О-антигенныхцепей в растворе, в составе мицелл и в мембранном окружении сиспользованием методов молекулярной динамики.Научная новизна работы.В работе проведено теоретическое иссле-дование модели основных реакций каскада свертывания крови и получены аналитические условия существования автоволновых решений и решений типа пульс, ранее сформулированные только для более простых систем.
Получена аналитическая оценка скорости распространения автоволны концентрации тромбина, которую обычно оценивают по результатам6вычислительного эксперимента или с использованием смешанного теоретического и вычислительного подходов. Впервые разработана математическая модель активации контактной системы на ЛПС агрегатах. Впервыепроведен сравнительный анализ конформационного поведения МД моделидлинной полисахаридной цепи О-антигена в растворе для разных силовыхполей. Впервые построены модели ЛПС-мицелл, содержащих в своем составе углеводную часть.
Впервые проведен сравнительный анализ конформационного поведения длинных цепей О-антигена в мембранном окружении для МД модели чистого ЛПС-бислоя и ЛПС-мембраны, содержащейв своем составе белок.Теоретическая и практическая значимость работы.Аналитиче-ские условия сходимости решения реакционно-диффузионной модели каскада свертывания к автоволне имеют важное значение для понимания общих принципов пороговой активации системы свертывания крови. Математическое моделирование кинетики реакций контактной системы при ееактивации ЛПС может пролить свет на некоторые механизмы ее функционирования в условиях грамотрицательного сепсиса.
Разработка валидированных молекулярных моделей ЛПС, ЛПС-мембран и ЛПС-агрегатовнеобходима для анализа связи пространственной структуры ЛПС с их биологической активностью, а также для разработки специфических сорбентов.Методы исследования.Основными методами, использованными в ис-следовании, являлись разработка и анализ математических моделей, описывающих разные стадии процесса свертывания крови, а также МД моделирование пространственного устройства ЛПС-содержащих систем.7Положения, выносимые на защиту:∙достаточным условием начала распространения автоволны тромбина в упрощенной модели каскада свертывания крови является превышение начальным возмущением решения стационарной системытипа пульс;∙в небольших сосудах (венулах) образование тромба, закупоривающего сосуд, возможно при размере повреждения, сравнимом с размеромодного эндотелиоцита;∙немонотонная зависимость степени активации контактной системы вответ на попадание ЛПС обусловлена агрегатным состоянием ЛПСв растворе;∙основным событием, ведущим к компактизации О-антигена S.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
