Группа компьютерного молекулярного моделирования

a11 Руководитель группы: профессор, доктор биологических наук Карягина-Жулина Анна Станиславовна
тел. (926) 495 51 32; e-mail: akaryagina@gmail.com


Сотрудник:

Гришин Александр Владимирович, научный сотрудник

Основные направления исследований

Изучение и характеристика бактериальных систем рестрикции и модификации; конструирование бактериальных штаммов-суперпродуцентов, клонирование генов, очистка и характеристика широкого спектра ферментов и белков, в частности, бактериальных белковых антигенов; изучение белок-нуклеиновых взаимодействий; разработка новых баз данных и оригинальных компьютерных программ, алгоритмов и сервисов в области структурной биоинформатики для анализа ДНК- и РНК-белковых взаимодействий; разработка новых методов, подходов и баз данных для анализа данных по экспрессии генов на микрочипах (биочипах); разработка новых технологий для анализа геномных мутаций; конструирование новых диагностических тест-систем; компьютерный дизайн лекарственных соединений. Исследовательская работа ведется в рамках программы «Живые системы», поддержана несколькими грантами РФФИ, в том числе двумя грантами International Research Training Group (IRTG) РФФИ — ННИО, а также грантами РНФ.

Основные научные достижения

Детально охарактеризованы две новые системы рестрикции-модификации ДНК у бактерий: SsoI и SsoII. Проведено клонирование и секвенирование генов, определены специфичности узнавания ДНК белков, входящих в эти системы, проведена биохимическая характеристика белков. Получены приоритетные данные по исследованию регуляции экспрессии генов в системах рестрикции-модификации прокариот: охарактеризован новый тип регуляции, в котором ДНК-метилтрансфераза является активатором транскрипции собственного гена и репрессором гена рестрикционной эндонуклеазы. Проведен анализ встречаемости полноразмерных генов «одиночных» («solitary») эндонуклеаз рестрикции в геномах прокариот.
Изучено распределение сайтов узнавания систем рестрикции-модификации в геномах прокариот и на основании этого сделаны выводы об эволюции систем рестрикции-модификации. Показано, что избегание сайтов узнавания систем рестрикции-модификации в геномах бактериофагов и вирусов архей является распространенной, но не единственной их антирестрикционной стратегией.
Совместно с НИИ ФХБ им. А.Н. Белозерского (отдел математических методов в биологии) МГУ им. М.В. Ломоносова создана база данных ДНК-белковых взаимодействий NPIDB (Nucleic acid — Protein Interaction Data Base). На основе оригинальных разработанных в группе алгоритмов и компьютерных программ предложен комплексный биоинформатический подход для исследования семейств структур белков, взаимодействующих с нуклеиновыми кислотами.
Создана база данных PLANdbAffy (Probe-level Annotation database for Affymetrix expression microarrays), содержащая аннотацию гибридизационных проб, используемых для измерения экспрессии генов с помощью микрочипов фирмы Affymetrix. Разработан алгоритм PLUS (Probe-level Universal Search algorithm) для решения двухклассовых задач распознавания на основе данных по экспрессии генов, полученных с помощью микрочипов Affymetrix.
Построены модели пространственной структуры комплексов эукариотического фактора терминации трансляции ERF1 с рибосомой и РНК, на основе которых предложена двухстадийная модель узнавания фактором терминирующих кодонов.
На основе методов виртуального скрининга с последующей химической оптимизацией получены низкомолекулярные химические вещества — ингибиторы третьей транспортной системы хламидий, используемой для переноса факторов вирулентности хламидий. Полученные ингибиторы эффективно подавляют работу третьей транспортной системы in vitro и угнетают рост хламидий in vivo. Дальнейшая оптимизация ингибиторов может способствовать получению на их основе лекарственного средства нового поколения (не относящегося к антибиотикам) для лечения хламидиозов.
Получена и охарактеризована термостабольная рекомбинантная бета-галактозидаза CelD из Anaerocellum thermophilum в составе гибридного белка с целлюлозосвязывающим доменом из Thermoanaerobacter ethanolicus, обеспечивающим прочное нековалентное связывание с целлюлозным сорбентом. На основе бета-галактозидазы CelD, иммобилизированной на целлюлозе, сконструирован проточный реактор, обеспечивающий при 70оС гидролиз 150 мМ (5%) раствора лактозы на 75% при скорости потока 1 объем в минуту. Рекомбинантная гибридная бета-галактозидаза имеет перспективы биотехнологического применения в пищевой промышленности для получения безлактозного молока и переработки подсырной и творожной сывороток.

Основные публикации:

1. Karyagina A.S., Lunin V.G., Nikolskaya I.I. Characterization of the genetic determinants of SsoII-restriction endonuclease and modification methyltransferase.// Gene.— 1990.— V.87.— P. 113–118.
2. Kubareva E.A., Petrauskiene O.V., Karyagina A.S., Tashlitsky V.N., Nikolskaya I.I., Gromova E.S. Cleavage of synthetic substrates containing non-nucleotide inserts by restriction endonucleases. Change in the cleavage specificity of endonuclease SsoII. // Nucleic Acids Res.— 1992.— V.20.— P. 4533–4538.
3. Karyagina A.S., Lunin V.G., Degtyarenko K.N., Uvarov V.Y., Nikolskaya I.I. Analysis of the nucleotide and derived amino acid sequences of the SsoI restriction endonuclease and methyltransferase. // Gene.— 1993.— V.124.— P. 13–19.
4. Brevnov M.G., Kubareva E.A., Romanova E.A., Volkov E.M., Karyagina A.S., Nikolskaya I.I., Gromova E.S. Interaction of the MvaI and SsoII methyltransferases with DNAs altered at the central base pair of the recognition sequence.// Gene.— 1995.— V. 157.— P. 149–152.
5. Karyagina A.S., Lunin V.G., Levtchenko I.Ya., Labbe D., Brousseau R., Lau P.C.K., Nikolskaya I.I. The SsoII and NlaX DNA methyltransferases: overproduction and functional analysis. // Gene.— 1995.— V.157.— P. 93–96.
6. Petrauskene O.V., Schmidt S., Karyagina A.S., Nikolskaya I.I., Gromova E.S., Cech D. The interaction of DNA duplexes containing 2-aminopurine with restriction endonucleases EcoRII and SsoII // Nucleic Acids Res.— 1995.— V. 23, 12.— P. 2192–2197.
7. Sheflyan G.Ya., Kubareva E.A., Kuznetsova S.A., Karyagina A.S., Nikolskaya I.I., Gromova E.S., Shabarova Z.A. Cross-linking of SsoII restriction endonuclease to cognate and non-cognate DNAs. // FEBS Lett.— 1996.— V. 390.— P. 307¬310.
8. Karyagina A.S., Shilov I., Tashlitsky V.N., Khodoun M., Vasil’ev S., Lau P.C.K., Nikolskaya I. Specific binding of SsoII DNA methyltransferase to its promoter region provides the regulation of SsoII restriction-modification gene expression. // Nucleic Acids Res.— 1997.— V.25.— P. 2114–2120.
9. Shilov I, Tashlitsky V, Khodoun M, Vasil’ev S, Alekseev Y, Kuzubov A, Kubareva E, Karyagina A. DNA-methyltransferase SsoII interaction with own promoter region binding site. // Nucleic Acids Res.— 1998.— V. 26, № 11.— 2659–2664.
10. Kubareva E.A., Thole H., Karyagina A., Oretskaya T., Pingoud A., Pingoud V. Identification of a base-specific contact between the restriction endonuclease SsoII and its recognition sequence by photocross-linking.// Nucleic Acids Res.-2000, Vol.28, No. 5, p. 1085–1091.
11. Demchinskaya A.V., Shilov I.A., Karyagina A.S., Lunin V.G., Sergienko O.V., Voronina O.L., Leiser M., Plobner L. A new approach for point mutation detection based on a ligase chain reaction. // J Biochem Biophys Methods. 2001;50(1):79-89.
12. Kubareva E.A.,Walter J., Karyagina A.S., Vorob’eva O.V., Lau P.C.K., Trautner T. Determination of methylation site of DNA-methyltransferase NlaX by a hybrid method. // BioTechniques. 2002; 33(2): 6-10.
13. Andrei Alexeevski, Sergei Spirin, Daniil Alexeevski, Oleg Klychnikov, Anna Ershova, Mikhail Titov, Anna Karyagina. CluD, a program for the determination of hydrophobic clusters in 3D structures of protein and protein-nucleic acids complexes. — Biophisika, 2003, V. 48, Suppl. 1, p. 146-156.
14. Anna Karyagina, Anna Ershova, Sergei Spirin and Andrei Alexeevski. The role of water in homeodomain-DNA interaction. The role of water in homeodomain-DNA interaction. In: Bioinformatics of Genome Regulation and Structure II. (Eds. N.Kolchanov and R. Hofestaedt) Springer Science+Business Media, Inc. 2005, P. 247-257.
15. Kachalova G.S., Artyukh R.I., Lavrova N.V., Ryazanova E.M., Karyagina A.S., Kubareva E.A., Bartunik H.D. Crystallization and preliminary crystallographic analysis of the (cytosine-5)-DNA methyltransferase NlaX from Neisseria lactamica. Acta Cryst. 2005, Vol.F61, P.852-854.
16. Karyagina A., Ershova A., Titov M., Olovnikov I., Aksianov E., Ryazanova A., Kubareva E., Spirin S., Alexeevski A. Analysis of conserved hydrophobic cores in proteins and supramolecular complexes. J. of Bioinformatics and Computational Biology. 2006. Vol. 4, No 2, p. 357-372..
17. Sergei Spirin, Mikhail Titov, Anna Karyagina and Andrei Alexeevski. NPIDB, A Database of Nucleic Acids — Protein Interactions. Bioinformatics. 2007. Bioinformatics, 23(23):3247-8.
18. Logunov D.Y., Zubkova O.V., Karyagina-Zhulina A.S., Shuvalova E.A., Karpov A.P., Shmarov M.M., Tutykhina I.L., Alyapkina Y.S., Grezina N.M., Zinovieva N.A., Ernst L.K., Gintsburg A.L., Naroditsky B.S. Identification of HI-like loop in CELO adenovirus fiber for incorporation of receptor binding motifs. J. Virol. 2007 Vol. 81, No 18, P. 9641-9652.
19. E. Aksianov, A. Grishgin, O. Zanegina, S. Spirin, A. Karyagyna, A. Alexeevski Conserved water molecules in X-ray structures highlight the role of water in itra- and intermolecular interactions. J. of Bioinformatics and Computational Biology. 2008 6(4):775-788.
20. Nurtdinov R.; Vasiliev M.; Ershova A.; Lossev I.; Karyagina A. PLANdbAffy: probe-level annotation database for Affymetrix expression microarrays. // Nucleic Acids Res.— 2010.— V. 38 (Database issue) .— P. D726—730.
21. Grishin A., Fonfara I., Alexeevski A., Spirin S., Karyagina A., Wende W. Identification of conserved features of LAGLIDADG homing endonucleases. // Journal of Bioinformatics and Computational Biology.— 2010.— V. 8, № 3.— P. 453–469.
22. Karyagina A., Vassiliev M., Ershova A., Nurtdinov R., Lossev I. Probe-level Universal Search (PLUS) algorithm for gender differentiation in Affymetrix data sets. // Journal of Bioinformatics and Computational Biology.— 2010.— V. 8, № 3.— 2010.— P. 553–577.
23. Velikodvorskaya G.A., T.V. Tikhonova, I.D. Gurvits, A.S. Karyagina, N.V. Lavrova, O.V. Sergienko, V.N. Tashlitskii, N.A. Lunina and V.G. Lunin. Chimeric lactase capable of spontaneous and strong immobilization on cellulose and developmrnt of continuous-flow system for lactose hydrolysis at high temperatures. // Applied and Environmental Microbiology.— 2010.— V. 76, № 24, P. 8071–8075.
24. Ershova A.S., Karyagina A.S., Vasiliev M.O., Lyashchuk A.M., Lunin V.G., Spirin S.A., Alexeevski A.V. Solitary restriction endonucleases in prokaryotic genomes. // Nucleic Acids Res.— 2012.— V. 40, № 20.— P. 10107–10115.
25. Kirsanov D., Zanegina O., Spirin S., Karyagina A., Alexeevski A. NPIDB: Nucleic acids — Protein Interactions DataBase. // Nucleic Acids Res.— 2013.— V. 41 (Database issue).— P. D517—D523.
26. Kryuchkova P., Grishin A., Eliseev B., Karyagina A., Frolova L., Alkalaeva E. Two-step model of stop codon recognition by eukaryotic release factor eRF1. // Nucleic Acids Res. .— 2013.— V. 41, № 8.— P. 4573–4586.
27. Grishin A., Karyagina A.S., Tiganova I.G., Dobrynina O.Y., Bolshakova T.N., Boksha I.S., Alexeyeva N.V., Stepanova T.V., Lunin V.G., Chuchalin A.G., Ginzburg A.L. Inhibition of Pseudomonas aeruginosa biofilm formation by LecA-binding polysaccharides. // Int. J. Antimicrob. Agents.— 2013.— V. 42, № 5.— P. 471–472.
28. Konarev P.V., Kachalova G.S., Ryazanova A.Y., Kubareva E.A., Karyagina A.S., Bartunik H.D., Svergun D.I. Flexibility of the linker between the domains of DNA methyltransferase SsoII revealed by small-angle X-Ray scattering: implications for transcription regulation in SsoII restriction-modification system. // PLoS One.— 2014.— V. 9, № 4.— P. e93453.
29. Rusinov I., Ershova A., Karyagina A., Spirin S., Alexeevski A. Lifespan of restriction-modification systems critically affects avoidance of their recognition sites in host genomes. // BMC Genomics.—2015.—V. 16, № 1084.—P. 1–15.
30. Vakulenko Yu A., Nagaev B.E., Alexeevski A.V., Karyagina A.S., Spirin S.A. A New Program for Detecting the Geometrical Core of a Set of Structures of Macromolecular Complexes. // Biochemistry (Moscow).—2016.—V. 81, № 4.—P. 428–431.
31. Ershova A.S., Rusinov I.S., Spirin S.A., Karyagina A.S., and. Alexeevski A.V. Role of restriction—modification systems in prokaryotic evolution and ecology. Biochemistry (Moscow), 2015, Vol. 80, No. 10, pp. 1373–1386.
32. Zanegina O., Kirsanov D., Baulin E., Karyagina A., Alexeevski A., Spirin S. An updated version of NPIDB includes new classifications of DNA—protein complexes and their families. // Nucleic Acids Res.—2016.—V. 44(D1).—P. D144—153. doi: 10.1093/nar/gkv1339.
33. Zanegina O., Aksianov E., Alexeevski A., Karyagina A., Spirin S. Conserved features of compleхes of TATA-box binding proteins with DNA. // Journal of Bioinformatics and Computational Biology.—2016.—V. 14, No. 2.—P. 1641007-1—1641007-18.
34. Ershova A.S., Rusinov I.S., Vasiliev M.O., Karyagina A.S., Spirin S.A. Restriction-modification systems interplay causes avoidance of GATC site in prokaryotic genomes. Journal of Bioinformatics and Computational Biology.—2016.—V. 14, No. 2.—P. 1641003-1—1641003-19.
35. Ershova A.S., Gra O.A., Lyaschuk A.M., Grunina T.M., Tkachuk A.P., Bartov M.S., Savina D.M., Sergienko O.V., Galushkina Z.M., Gudov V.P., Kozlovskaya L.I., Kholodilov I.S., Gmyl L.V., Karganova G.G., Lunin V.G., Karyagina A.S., Gintsburg A.L. Recombinant domains III of Tick-Borne Encephalitis Virus envelope protein in combination with dextran and CpGs cause immune response and partial protectiveness against TBE virus infection in mice. BMC Infectious Diseases.—2016.—V. 16.—P.544.
36. Boksha I.S., Lavrova N.V., Grishin A.V., Demidenko A.V., Lyashchuk A.M., Galushkina Z.M., Ovchinnikov R.S., Umyarov A.M., Avetisian L.R., Chernukha M.Iu., Shaginian I.A., Lunin V.G., Karyagina A.S. Staphylococcus simulans recombinant lysostaphin: production, purification, and determination of antistaphylococcal activity. Biochemistry (Moscow).—2016.—V. 81, No. 5.—P. 502–510.
37. Rusinov I. S., A. S. Ershova, A. S. Karyagina, S. A. Spirin, and A. V. Alexeevski. Comparison of Methods of Detection of Exceptional Sequences in Prokaryotic Genomes. // Biochemistry (Moscow), 2018, Vol. 83, No. 2, P. 129 — 139.
38. Grishin A.V., Luyksaar S.I., Kapotina L.N., Kirsanov D.D., Zayakin E.S., Karyagina A.S., Zigangirova N.A. Identification of chlamydial T3SS inhibitors through virtual screening against T3SS ATPase. // Chem. Biol. Drug Des.—2018.—V. 91.—P. 717–727.
39. Rusinov I.S., Ershova A.S., Karyagina A.S., Spirin S.A., Alexeevski A.V. Restriction site avoidance is a widespread but not a universal anti-restriction strategy of prokaryotic viruses. // BMC Genomics.—2018.— Vol. 19.-P. 885.

Партнеры


























События