Том 88, № 5 (2023)

В обзоре проанализированы современные представления о контроле глюкокортикоидами различных механизмов пластичности гиппокампа взрослых млекопитающих и человека. Глюкокортикоидные гормоны обеспечивают согласованное функционирование ключевых компонентов и механизмов гиппокампальной нейропластичности: нейрогенеза, глутаматергической нейротрансмиссии, микроглии и астроцитов, систем нейротрофических факторов, нейровоспаления, протеаз, метаболических гормонов, нейростероидов. Регуляторные механизмы многообразны: наряду с прямым действием глюкокортикоидов через специфические рецепторы, описаны опосредованные глюкокортикоид-зависимые воздействия, а также многочисленные взаимодействия между различными системами и компонентами, опосредующими нейропластичность. Несмотря на то что многие связи в этой сложной регуляторной схеме до сих пор не установлены, изучение рассмотренных в работе факторов и механизмов формирует точки роста в области исследований регулируемых глюкокортикоидами процессов в мозге и в первую очередь в гиппокампе. Эти исследования принципиально важны для трансляции в клинику и потенциального лечения/предупреждения распространенных заболеваний эмоциональной и когнитивной сфер и коморбидных им состояний.

О-ацетилгомосеринсульфгидрилаза является одним из ключевых ферментов в биосинтезе метионина в Clostridioides difficile. Механизм реакции γ-замещения О-ацетил-L-гомосерина, катализируемой этим ферментом, наименее изучен среди пиридоксаль-5′-фосфат-зависимых ферментов, участвующих в метаболизме цистеина и метионина. Для выяснения роли остатков активного центра Tyr52 и Tyr107 получены четыре мутантные формы фермента с заменами на фенилаланин и аланин. Исследованы каталитические и спектральные свойства мутантных форм. Скорость реакции γ-замещения, катализируемой мутантными формами с заменой остатка Tyr52, уменьшилась более чем на три порядка по сравнению с ферментом дикого типа. Мутантные формы Tyr107Phe и Tyr107Ala практически не катализировали данную реакцию. Замены остатков Tyr52 и Tyr107 привели к уменьшению сродства апофермента к кофактору на три порядка и изменениям ионного состояния внутреннего альдимина фермента. Полученные результаты позволили сделать предположение, что остаток Tyr52 участвует в обеспечении оптимального положения каталитического кофактор-связывающего остатка лизина на стадиях отрыва С-α-протона и элиминирования боковой группы субстрата. Остаток Tyr107 может выполнять роль общего кислотного катализатора на стадии элиминирования ацетата.

Оксилипины - сигнальные липиды, производные полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), образующиеся по разным полиферментным путям метаболизма (циклооксигеназный, липоксигеназный, эпоксигеназный, анандамидный), а также неферментативно. Эти пути трансформации ПНЖК активируются параллельно, образуя смесь физиологически активных веществ. Хотя связь оксилипинов с различными опухолевыми заболеваниями известна давно, только недавно совершенствование методов инструментального анализа позволило одновременно количественно изучать оксилипины разных классов (профили). В обзоре разобраны подходы к получению профилей оксилипинов методом ВЭЖХ-МС/МС. Проведено сравнение профилей оксилипинов в образцах крови пациентов с онкологическими заболеваниями (рак груди, яичников, легкого, предстательной железы, печени и колоректальный рак). Делается заключение о потенциальной возможности использования профилей оксилипинов крови как маркеров онкозаболеваний. Понимание общих закономерностей метаболизма ПНЖК и физиологической активности смесей оксилипинов будет способствовать совершенствованию ранней диагностики и прогнозированию протекания опухолевых заболеваний.

Структура и функция бактериального нуклеоида контролируются нуклеоид-ассоциированными белками NAP. В любой фазе роста различные NAP, действуя последовательно, уплотняют нуклеоид и обеспечивают его транскрипционно активную структуру. Однако в поздней стационарной фазе происходит мощная экспрессия только одного из NAP, белка Dps, и формируются ДНК-белковые кристаллы, трансформирующие нуклеоид в статическую структуру, эффективно защищённую от внешних воздействий. Обнаружение кристаллических структур в живых клетках и связь этого феномена с бактериальной резистентностью к антибиотикам вызвало огромный интерес к изучению этого явления. Целью настоящей работы является получение и сравнительное исследование структур двух родственных NAP (HU и IHF), поскольку именно они накапливаются в клетке на поздней стационарной стадии роста, предшествующей началу формирования защитного ДНК-Dps кристаллического комплекса. Для структурных исследований в работе применялись два взаимодополняющих метода: малоугловое рентгеновское рассеяние (МУРР) в качестве основного метода изучения структуры белков в растворе и динамическое рассеяние света - в качестве дополнительного. Для интерпретации данных МУРР использовались различные подходы и компьютерные программы (в частности, использовался анализ структурных инвариантов, метод молекулярной тектоники и анализ олигомерных смесей в терминах объёмных долей компонентов), что позволило определить макромолекулярные характеристики и получить структурные 3D-модели различных олигомерных форм белков HU и IHF с типичным для МУРР разрешением ~2 нм. Было показано, что эти белки олигомеризуются в растворе в разной степени, и для IHF характерно присутствие крупных олигомеров, состоящих из исходных димеров, выстроенных в цепочку. Анализ экспериментальных и литературных данных позволил высказать гипотезу, что именно этот белок непосредственно перед экспрессией Dps формирует наблюдавшиеся ранее in vivo тороидальные структуры и подготавливает платформу для образования кристаллов ДНК-Dps. Полученные результаты необходимы для дальнейшего исследования феномена формирования биокристаллов в бактериальных клетках и нахождения путей преодоления резистентности различных патогенов к внешнему воздействию.

Глутаредоксин (Grx) является антиоксидантным редокс-белком, который использует глутатион в качестве донора электронов. Grx играет важную роль в различных внутриклеточных процессах, включая антиоксидантную защиту, клеточный редокс-статус, редокс-контроль процесса транскрипции, обратимое S-глутатионилирование специфических белков, апоптоз, дифференцировка клеток и др. В настоящем исследовании нами был выделен и охарактеризован дитиольный глутаредоксин из Hydra vulgaris Ind-Pune (HvGrx1). Анализ аминокислотной последовательности показал, что HvGrx1 принадлежит к семейству Grx с классическим мотивом Grx (CPYC). Филогенетический анализ и моделирование гомологии свидетельствуют о близком родстве HvGrx1 с белком Grx2 Danio rerio. Ген, кодирующий HvGrx1, был клонирован и экспрессирован в клетках Escherichia coli; очищенный белок имел молекулярную массу 11,82 кДа. HvGrx1 эффективно восстанавливал β-гидроксиэтилдисульфид (HED) с температурным оптимум 25 °C и рН-оптимум - 8,0. Экспрессия HvGrx1 наблюдалась во всех частях тела Hydra. Экспрессия мРНК HvGrx1 и ферментативная активность HvGrx1 значительно повышались после воздействия H₂O₂. При экспрессии в культуре клеток человека HvGrx1 защищал клетки от окислительного стресса и усиливал пролиферацию и миграцию клеток. Несмотря на то что Hydra является простым беспозвоночным, HvGrx1 эволюционно ближе к своим гомологам из высших позвоночных (как и многие другие белки Hydra).

D-Циклосерин ингибирует пиридоксаль-5′-фосфат (PLP)-зависимые ферменты с различной эффективностью в зависимости от организации активного центра фермента и механизма катализируемого превращения. D-Циклосерин взаимодействует с PLP-формой фермента подобно субстратам (аминокислотам) и преимущественно обратимо. Известно несколько продуктов взаимодействия PLP c D-циклосерином, при этом для некоторых ферментов образование стабильного ароматического гидроксиизоксазол-пиридоксамин-5′-фосфата при определённых значениях рН приводит к необратимому ингибированию. Цель данной работы состояла в определении механизма ингибирования D-циклосерином PLP-зависимой трансаминазы D-аминокислот из бактерии Haliscomenobacter hydrossis, которая характеризуется иной, чем у канонических трансаминаз D-аминокислот, организацией активного центра. Спектральными методами обнаружено несколько продуктов взаимодействия D-циклосерина и PLP в активном центре трансаминазы: оксим, образованный PLP и β-аминоокси-D-аланином; кетимин, образованный пиридоксамин-5′-фосфатом и D-циклосерином в циклической форме; и пиридоксамин-5′-фосфат. Образование гидроксиизоксазол-пиридоксамин-5′-фосфата не установлено. Методом рентгеноструктурного анализа получена пространственная структура комплекса трансаминазы с D-циклосерином. В активном центре трансаминазы обнаружен кетимин, образованный пиридоксамин-5′-фосфатом и циклической формой D-циклосерина. Кетимин находится в двух положениях, в которых он образует водородные связи с разными остатками активного центра. Кинетическими и спектральными методами показаны обратимость ингибирования D-циклосерином трансаминазы из H. hydrossis и восстановление активности фермента как избытком кетосубстрата, так и избытком кофактора. Полученные результаты подтверждают взаимопревращение аддуктов D-циклосерина и PLP, а также обратимость ингибирования D-циклосерином PLP-зависимых трансаминаз.

В зелёных бактериях Chloroflexus (Cfx.) aurantiacus процесс фотосинтеза начинается с поглощения света хлоросомами - периферическими антеннами, состоящими из тысяч молекул бактериохлорофилла c (БХл c), объединённых в олигомерные структуры. При этом в БХл c образуются возбуждённые состояния, энергия которых мигрирует по хлоросоме по направлению к базовой пластинке и далее к реакционному центру, где происходит первичное разделение зарядов. Миграция энергии сопровождается безызлучательными электронными переходами между многочисленными экситонными состояниями, то есть экситонной релаксацией. В настоящей работе мы изучали динамику экситонной релаксации в хлоросомах Cfx. aurantiacus с помощью разностной фемтосекундной спектроскопии при криогенной температуре (80 К). Хлоросомы возбуждались световыми импульсами длительностью 20 фс на длинах волн в диапазоне от 660 до 750 нм, а разностные (свет-темнота) кинетики поглощения измерялись на длине волны 755 нм. Математический анализ полученных данных выявил кинетические компоненты с характерными временами 140, 220 и 320 фс, отвечающие за экситонную релаксацию. По мере уменьшения длины волны возбуждения количество и относительный вклад этих компонент увеличивались. Теоретическое моделирование полученных данных было проведено на основе представлений о цилиндрическом строении агрегатов БХл c. Безызлучательные переходы между группами экситонных полос описывались системой кинетических уравнений. Наиболее адекватной оказалась модель, учитывающая энергетический и структурный беспорядок хлоросом.