6. Секция «МЕДИЦИНСКИЕ НАНОБИОТЕХНОЛОГИИ

Вестник РГМУ, 2015, № 2
6. Секция «МЕДИЦИНСКИЕ НАНОБИОТЕХНОЛОГИИ, МОЛЕКУЛЯРНАЯ
БИОЛОГИЯ И ГЕНЕТИКА»
Medical Nanobiotechnologies, Molecular Biology and Genetics
ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГЕНОВ
СУПЕРСЕМЕЙСТВА ИММУНОГЛОБУЛИНОВ И
ПОИСК СХОДНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНО ВАЖНЫХ
МОТИВОВ
мотивов в белках позволяет выявить молекулярные основы,
лежащие в основе их совместного функционирования во
время эмбрионального развития и опухолевого роста.
Полученные данные могут быть использованы для создания
новых лекарственных препаратов на основе изученных
пептидов.
А.А. Герасим, Р.А. Ханмурадов
Научный руководитель – д.б.н. Н.Т. Молдогазиева
Российский национальный исследовательский медицинский PHYLOGENETIC ANALYSIS OF Ig GENE
университет им. Н.И. Пирогова, Москва, Россия
SUPERFAMILY AND SEARCHING FOR COMMON
FUNCTIONALLY IMPORTANT SITES
Введение. Развитие плаценты и опухолевый рост имеют ряд
общих свойств, включая способность избежать надзора со A.A. Gerasim, R.A. Khanmuradov
стороны иммунной системы, а также сходство в
Scientific Advisor – DBiolSci N.T. Moldogazieva
способности к пролиферации, миграции и инвазии.
Pirogov Russian National Research Medical University,
Молекулярные механизмы, регулирующие эти свойства,
Moscow, Russia
включают участие ряда эмбриоспецифических и
опухолеассоциированных белков. Гены, кодирующие белки Introduction. There are some common characteristics in the
семейства раковоэмбрионального антигена,
placenta development and tumor growth such as an ability to
экспрессируются в основном в трофобласте у приматов,
escape surveillance from immune system and development in a
включая человека, и у грызунов и входят в состав
low oxygen environment, as well as similarities in proliferative,
суперсемейства иммуноглобулинов. Белковые продукты
migratory and invasive properties. Genes that encode proteins of
этих генов могут содержать сходные функциональные
carcino-embryonic antigen (CEA) family are expressed
участки, что свидетельствует о наличии у них общих
exclusively in trophoblast of primates including humans and of
функций. Цель исследования
rodent. They are included in Ig gene superfamily and may
– осуществить филогенетический анализ генов
contain similar structural motifs; this allows suggesting existence
суперсемейства иммуноглобулинов с построением
of functional convergence between these diverging gene families
филогенетического дерева и поиском общих функционально of this superfamily. Aim. To perform phylogenetic analysis of Ig
важных мотивов. Материалы и методы. Нуклеотидные
superfamily genes and their protein products with construction of
последовательности генов суперсемейства
phylogenetic tree and searching for common functionally
иммуноглобулинов извлечены из базы данных GenBank,
important motifs. Materials and methods. Nucleotide sequences
аминокислотные последовательности белков извлечены из of Ig superfamily genes were extracted from GenBank data base,
базы данных UniProtKB/Swiss-Prot. Для сравнения этих
while amino acid sequences of CEA family proteins were
последовательностей используется метод выравнивания с extracted from UniProtKB/Swiss-Prot database. ClustalW
использованием алгоритма ClustalW. Поиск участков
algorithm is used to compare the extracted amino acid sequences
локального сходства, т.е. линейных пептидных мотивов,
and to perform global alignment. FASTA algorithm is used to
сходных с биологически активным участком АФП14-20,
search for sites of local similarity and to perform local
осуществлялся с использованием алгоритма FASTA.
alignment. Results. The genes of Ig superfamily includes
Осуществлен качественный и количественный анализ
carcino-embryonic antigen family that in turn includes two
аминокислотных замен в функционально важных участках. subfamilies: (i) CEA-related adhesion molecules (CEACAMs)
Результаты. Суперсемейство иммуноглобулинов включает в and (ii) pregnancy-specific beta-1 glycoproteins (PSGs). The
себя семейство раковоэмбрионального антигена (РЭА),
CEA family comprises a vast variety of highly glycosylated
состоящее из двух подсемейств, а именно: 1) молекул
proteins and. In this work, we analyzed amino acid sequence
адгезии, родственных РЭА (CEACAM – carcino-embryonic similarity in proteins both within and between subfamilies of
antigen (CEA) related adhesion molecules), и 2) бета1CEA family. We calculated degrees of identity and similarity
гликопротенов, специфичных для беременности (PSG –
between the proteins taking into account conservative amino acid
pregnancy-specific beta-1 glycoproteins). Выявлена степень
substitutions. Searching for sites of local similarity allowed
сходства между белками, как внутри каждого подсемейства, revealing short hepta-, penta- and tetrapeptide motifs that can
так и между подсемействами. Подсчитана степень
have functional importance. Quantitative and qualitative analysis
идентичности и общего сходства с учетом консервативных of amino acid substitutions allowed assessment of possible role
замен аминокислотных остатков. Выявлены короткие гепта-, of each residue in functioning of linear peptide motifs revealed.
пента- и тетрапептидные мотивы, имеющие
Conclusion. Analysis of protein evolutionary relationships and
функциональное значение. Осуществлен качественный и
revealing common functionally important motifs allows studying
количественный анализ аминокислотных замен в них.
molecular basis underlying their common functions during
Оценена возможная роль отдельных аминокислотных
embryonic development and tumor growth. This may be used to
остатков в функционировании этих линейных мотивов
design new therapeutic agents based on the peptides studied.
первичной структуры. Выводы. Анализ степени
эволюционного родства и поиск сходных функциональных
ИЗУЧЕНИЕ КОНФОРМАЦИОННО-ДИНАМИЧЕСКИХ STUDY OF CONFORMATIONAL AND DYNAMIC
СВОЙСТВ КОРОТКИХ ПЕПТИДОВ ИЗ БЕТА-1PROPERTIES OF SHORT FUNCTIONALLY
ГЛИКОПРОТЕИНОВ, СПЕЦИФИЧНЫХ ДЛЯ
IMPORTANT PEPTIDES FROM PREGNANCYБЕРЕМЕННОСТИ (PSG)
SPECIFIC BETA-1-GLYCOPROTEINS (PSGS)
Д.Д. Аргун
Научный руководитель – д.б.н. Н.Т. Молдогазиева
Российский национальный исследовательский медицинский
университет им. Н.И. Пирогова, Москва, Россия
D.D. Argun
Scientific Advisor – DBiolSci N.T. Moldogazieva
Pirogov Russian National Research Medical University,
Moscow, Russia
Введение. Бета-1 гликопротеины, специфичные для
Introduction. Pregnancy specific β1-glycoproteins (PSGs)
беременности (PSG – pregnancy specific β1-glycoproteins),
represent the major group of proteins synthesized throughout the
представляют собой основную группу белков,
pregnancy almost exclusively by syncytiotrophoblast in humans
синтезируемых во время беременности
and by trophoblast giant cells and spongiotrophoblast in rodents.
синцитиотрофобластом в организме человека и
Human PSGs are encoded by 10 genes (PSG1-PSG9 and PSG11)
спонгиотрофобластом в организме мыши и крысы. Белки
clustered on chromosome 19 and are coordinately expressed,
PSG кодируются у человека 10 генами (PSG1-PSG9 и
while rodent PSGs are encoded by 17 genes (Psg16-Psg32) that
PSG11), расположенными в хромосоме 19 и
are localized on chromosome 7. Domain organization of PSGs is
экспрессируемыми скоординированно, в то время как у
represented by a signal peptide and by up to 3 Ig-like
грызунов обнаружено 17 генов (Psg16-Psg32),
V(variable)-type and up to 4 Ig- like C(constant)-type domains
расположенных хромосоме 7. Эти белки имеют доменную suggesting existence their common functions.
организацию, представленную сигнальным пептидом и
Aim. Aim. To reveal short peptide functionally important motifs
тремя Ig-подобными доменами V (variable)-типа, а также
within human and rodent PSGs and to study their conformational
четырьмя Ig-подобными доменами C (constant)-типа, что
and dynamic properties. Materials and methods. Molecular
указывает на существование у этих белков общих функций. dynamics simulation method in implicit water model is used to
Цель исследования – выявление коротких пента- и
study conformational and dynamic properties of short penta- and
тетрапептидных функционально важных пептидов в составе tetrapeptide fragments. Point amino acid substitutions are made
разных PSG и изучение их конформационно- динамических in each peptide to obtain their analogs and to study influence of
свойств. Материалы и методы. Для изучения
these substitutions on conformational and dynamic properties of
конформационно-динамических свойств пептидов
the peptides studied. For this purpose, analysis of 2D and 3D
применяется метод молекулярной динамики с
maps of free energy levels (based on Ramachandran maps) along
использованием водного раствора в неявно заданном виде. with autocorrelation and cross- correlation functions are
Аналоги пептидов получены с помощью точечных замен
performed. Amino acid sequences of PSG proteins are extracted
аминокислотных остатков для изучения влияния этих замен from UniProtKB/Swiss-Prot dat base. Results. In all human
на изменение конформационно-динамических свойств
PSGs the tetrapeptide motifs with consensus sequence PxxP
пептидов. С этой целью использованы двумерные (2D) и
were revealed. These motifs have the following sequences: PETP
трехмерные (3D) карты уровней свободной энергии
(amino acid residues 171- 174), PKLP (amino acid residues 237(основанные на картах Рамачандрана), а также анализ кросс- 240), PSVP (residues 281-284), and PDLP (residues 332-335).
и автокорреляционных функций. Аминокислотные
Additionally, all peptides contain integrin-binding tripeptide
последовательности белков были извлечены из базы данных RGD (residues 127-129) along with tetrapeptide motifs YxCx.
UniProtKB/ Swiss-Prot. Результаты. Во всех белках PSG
The latters are represented by peptides YQCE (residues 215человека обнаруживаются тетрапептидные мотивы с
218), YECE (residues 308-311) and YACS (residues 392-395).
консенсусной последовательностью PxxP. Эти мотивы
Molecular dynamics simulation study allowed revealing
имеют следующие составы: PETP(аминокислотные остатки differences in conformational behavior and dynamic
171- 174), PKLP (остатки 237-240), PSVP (остатки 281-284) и characteristics of each amino acid residue in the peptides studied.
PDLP (остатки 332-335). Кроме того, все белки содержат
This gives rise to explanation of possible role of these residues in
интегринсвязывающий трипептид RGD (остатки 127-129), functioning of the peptide motifs in PSGs. Conclusion.
наряду с тетрапептидныи мотивом YxCx. Последний имеет Revealing role of individual amino acid residues in PSGs allows
следующие последовательности: YQCE (остатки 215-218), studying molecular basis underlying their functions in providing
YECE (остатки 308-311) и YACS (остатки 392-395).
pregnancy success. Our data may be used in constructing and
Изучение методом молекулярной динамики позволило
designing new drugs based on the peptides studied with
выявить различия в конформационном поведении и
necessary properties.
динамических характеристиках отдельных аминокислотных
остатков в изученных пептидах. Выводы. Выявление роли
отдельных аминокислотных остатков в изменении
конформационно-динамических свойств пептидов PSG
позволяет выявить молекулярные основы, лежащие в основе
их функционирования для обеспечения нормального
протекания беременности. Полученные данные могут быть
использованы для создания новых лекарственных
препаратов на основе изученных пептидов.