Тематика проектов в
Скачать 51 Kb.
|
|
Тематика проектов в.н.с. отдела Биокинетики, д.х.н. Виктории Ивановны Буник, в рамках которой предлагаются темы дипломных и курсовых работ: Очистка и характеристика комплексов дегидрогеназ 2-оксокислот из митохондрий мозга крыс Взаимодействие 2-оксоглутаратдегидрогеназного комплекса мозга с тиамином и его производными Получение апофермента 2-оксоглутаратдегидрогеназы мозга и характеристика его взаимодействия с коферментом тиаминдифосфатом Регуляция процесса окислительного декарбоксилирования 2-оксоглутарата in vivo (с использованием моделей острой гипоксии и алкоголизма крыс) Проект 1: Разработка способов управления узлом сопряжения процессов биотрансформации углеводов и аминокислот Целью данного проекта является управление функциями клетки путем воздействия на одно из ключевых звеньев центрального метаболизма - точку пересечения энергетического и азотного обмена на уровне 2-оксоглутарата. Трансаминазная реакция 2-оксоглутарата и его необратимая утилизация в реакции окислительного декарбоксилирования, катализируемой 2-оксоглутаратдегидрогеназным комплексом (ОГДК), являются альтернативными путями превращений 2-оксоглутарата, приводящими, соответственно, к синтезу глутамата и получению энергии. Соотношение 2-оксоглутарат/глутамат выполняет сигнальную функцию в адаптациях различного типа клеток, в связи с чем возможность манипулировать этим узлом метаболизма путем ингибирования ОГДК открывает перспективы как для управления синтетическими реакциями при промышленном использовании микроорганизмов и в биоинженерии растений, так и для медицинских исследований нейромедиаторной и токсической функций глутамата. Постановка цели данного проекта основана на результатах наших многолетних исследований механизма катализа и регуляции полиферментных комплексов дегидрогеназ 2-оксокислот, позволивших предложить фосфоновые аналоги 2-оксоглутарата в качестве специфических ингибиторов ОГДК in vivo, синтезировать серию таких аналогов и охарактеризовать их воздействия на клетки и животных. К настоящему времени мы показали нейропротекторный эффект фосфоновых аналогов 2-оксоглутарата при исследованиях действия низких их концентраций в моделях глутаматной нейротоксичности. С другой стороны, увеличение концентраций аналогов должно приводить к существенному ингибированию ОГДК, снижению АТФ и синтезу глутамата, избыток которого токсичен для нейронов. По-видимому, это лежит в основе известной корреляции между пониженной активностью мозгового ОГДК и нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезни Альцгеймера, Паркинсона и хронический алкоголизм. Критичность рассматриваемого узла метаболизма для функционирования нервной ткани определяет приоритет выполнения проекта на нейронах и ОГДК мозга. В пользу такого выбора говорят и хорошо разработанные методы регистрации нейронального ответа на повышение глутамата и изменение митохондриального потенциала вследствие деэнергизации митохондрий, которые уже были применены нами для решения поставленных задач. Наконец, наряду с проблемой алкоголизма, исключительно высокая вероятность старческого слабоумия после 60-70 лет и прогноз трехкратного увеличения частоты болезни Альцгеймера в ближайшие 50 лет диктуют необходимость безотлагательного исследования механизмов и способов лечения нейродегенеративных состояний. Специалисты отмечают неэффективность симптоматических терапий, но способы лечения, учитывающие физиологические механизмы инициации и глубину нейродегенеративного процесса, отсутствуют. Выполнение проекта направлено, в частности, на решение этой проблемы путем создания принципиально новой клеточной модели нейродегенерации. Эта модель будет основана на существующих данных о том, что ингибирование ОГДК предшествует проявлению и является общим для ряда нейродегенеративных состояний. Дополнительными преимуществами такой модели являются возможности варьирования времени и глубины специфического ингибирования ОГДК. Таким образом, данная модель позволит проводить фармакотестирование с учетом специфического механизма инициации, длительности и глубины патологического состояния. Проект 2: Характеристика молекулярных механизмов действия витамина В1 и его производных на метаболизм и проведение сигнала в нервной ткани. Целью данного проекта является характеристика молекулярных механизмов действия витамина В1 (тиамина) и его производных в нервной ткани. Наблюдаемые при дефиците тиамина растройства ЦНС традиционно приписывают уменьшенному синтезу АТФ ввиду недостаточной функции тиаминдифосфат-зависимых ферментов, участвующих в деградации глюкозы. Однако ряд данных свидетельствует о том, что помимо коферментной функции дифосфорилированного производного тиамина, тиаминдифосфата, тиамин регулирует проведение сигнала в нервной ткани, а его трифосфорилированное производное и тиамин-АТФ являются сигнальными молекулами, регулирующими энергетический метаболизм и выживаемость клеток. Хотя механизмы этого регуляторного действия тиамина и производных не расшифрованы, в синаптосомах показаны координированные изменения синтеза ацетилхолина и активности пируватдегидрогеназы под действием тиамина и его каталитически не активных аналогов. Из этих данных можно предположить, что сигнальная функция тиамина и производных включает координированную регуляцию этими соединениями тиаминдифосфат-зависимых ферментативных активностей в синапсе. Такая регуляция может осуществляться как путем конкуренции тиамина и его структурных аналогов за каталитический центр связывания тиаминдифосфата (ингибирование), так и путем их связывания в аллостерических центрах тиаминдифосфат-зависимых ферментов (ингибирование или активация). В числе последних дегидрогеназы пирувата и 2-оксоглутарата представляют особый интерес. С одной стороны, деградируя 2-оксокислоты, они продуцируют окисляемый в дыхательной цепи НАДН, определяя тем самым энергизацию митохондрий и синтез АТФ. С другой стороны, они занимают ключевое положение в синтезе нейромедиаторов. Так, пируватдегидрогеназа поставляет ацетил-КоА для синтеза ацетилхолина, а 2-оксоглутаратдегидрогеназа контролирует деградацию непосредственного предшественника нейромедиатора глутамата. Активность обеих дегидрогеназ понижена при тиаминовом дефиците и нейродегенеративных заболеваниях, причем наиболее значительные изменения наблюдали в активности 2-оксоглутаратдегидрогеназы. Разрабатываемая в данном проекте гипотеза состоит в том, что связывание сигнальных молекул на основе тиамина с тиаминдифосфат-зависимыми дегидрогеназами 2-оксокислот меняет скорости катализируемых последними процессов. Ввиду критического значения этих процессов в обеспечении клетки энергией и синтезе нейромедиаторов ацетилхолина и глутамата, регуляция дегидрогеназ тиамином и/или производными реализует сигнальную функцию этих регуляторов на метаболическом уровне. Проект предусматривает характеристику молекулярных механизмов такой регуляции с использованием систем разного уровня биологической организации. С одной стороны, взаимодействие тиамина и производных с выделенными из мозга белками-мишенями будет исследовано in vitro, что позволит охарактеризовать чувствительность дегидрогеназ к регуляции тиамином и производными и структурные детерминанты последних, ответственные за регуляторные эффекты. С другой стороны, в моделях нарушений функций ЦНС in vivo (модели алкоголизации и острой гипоксии крыс) и in situ (культуры клеток и органеллы нервной ткани) будут охарактеризованы изменения в пуле тиамина и в активности белков-мишеней. Системное понимание молекулярных основ действия тиамина и производных в нервной ткани укажет новые мишени регуляции функций ЦНС и эффективные стратегии нормализации таких функций с учетом механизмов возникновения патологий. Последние публикации по проектам: Bunik V., Kaehne T., Degtyarev D., Shcherbakova T., Reiser G. (2008) Novel isoform of 2-oxogluratate dehydrogenase is identified in brain, but not in heart. FEBS Journal, Published Online: Sep 9 2008 5:06AM, DOI: 10.1111/j.1742-4658.2008.06632.x. Bunik V.I., Degtyarev D. Structure-function relationships in the 2-oxo acid dehydrogenase family: Substrate-specific signatures and functional predictions for the 2-oxoglutarate dehydrogenase-like proteins (2008) Proteins 71: 874-890 V.I. Bunik, J.V. Schloss, J.T. Pinto, G.E. Gibson, and A. J. L. Cooper (2007) Enzyme-Catalyzed Side Reactions with Molecular Oxygen May Contribute to Cell Signaling and Neurodegenerative Diseases. Neurochemical Research 32:871-891 Bunik V.I., Raddatz G., Wanders R., Reiser G. (2006) Brain pyruvate and 2-oxoglutarate dehydrogenase complexes are mitochondrial targets of the CoA ester of the Refsum disease marker phytanic acid. FEBS Lett. 580: 3551-3557 Bunik V., Denton T.T., Xu H., Thompson C.M., Cooper A.J.L., Gibson G.E. (2005) Phosphonate analogs of α-ketoglutarate inhibit the activity of the α-ketoglutarate dehydrogenase complex isolated from brain and in cultured cells. Biochemistry 44:10552-10561 Контакный тел: 8-916-692-90-40 Email: bunik@belozersky.msu.ru vbunik@yahoo.com Каталог: FBB -> StudentScience StudentScience -> Тема курсовой работы для 1 студентов 3-4 курсов фбб мгу FBB -> Боль. Физиологические механизмы боли Боль FBB -> 7. доработанные рабочие учебные программы практико-ориентированных образовательных модулей FBB -> Предмет и история эмбриологии FBB -> Черепномозговые (черепные) нервы StudentScience -> Тема курсовой работы для 1 студента 2-3 курса фбб мгу StudentScience -> Тема курсовой работы для - студентов 1- курсов фбб мгу Скачать 51 Kb. Поделитесь с Вашими друзьями:
|